DE102012201732B4 - Numerically controlled machine tool and method for controlling an automatic rotary alignment process of a gear on the machine tool - Google Patents
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Abstract
Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit zumindest 5-Achsen zur zerspanenden Bearbeitung eines an einem Einspannmittel (130) der Werkzeugmaschine (100) eingespannten Werkstücks (200) mittels eines an einer Arbeitsspindel (111) der Werkzeugmaschine (100) aufgenommenen Werkzeugs, umfassend:eine numerische Maschinensteuerungseinrichtung (150), die dazu eingerichtet ist, das an der Arbeitsspindel (111) der Werkzeugmaschine (100) aufgenommene Werkzeug relativ zu dem an dem Einspannmittel (130) der Werkzeugmaschine (100) eingespannten Werkstück (200) auf Grundlage numerischer Steuerdaten zu steuern,wobei die Maschinensteuerungseinrichtung (150) weiterhin dazu eingerichtet ist, einen automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang zur Bestimmung zumindest einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) zu steuern, in welchem:- ein von der Maschinensteuerungseinrichtung (150) gesteuertes Messtastmittel (140) bei einer Mehrzahl von Zahnflanken (201a, 201b; 202a, 202b) des Zahnrads (200) an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder der Zahnflanken eine jeweilige Istposition ermittelt, wobei die Mehrzahl von Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) und eine Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) umfasst,- die Maschinensteuerungseinrichtung (150) für jede der vorgegebenen Tastpositionen die ermittelte Istposition mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition vergleicht und für jede Tastposition eine Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage des Vergleichs ermittelt,- die Maschinensteuerungseinrichtung (150) auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) ermittelt, und- die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe zu ermitteln, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads (200) an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen, und falls dies nicht möglich ist,die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die für die Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und die für die Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) ermittelten Soll-Ist-Abweichungen getrennt auszuwerten, und eine erste Nullpunktverschiebung für die Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) und eine zweite Nullpunktverschiebung für die Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) zu ermitteln.Numerically controlled machine tool with at least 5 axes for machining a workpiece (200) clamped to a clamping means (130) of the machine tool (100) by means of a tool received on a work spindle (111) of the machine tool (100), comprising: a numerical machine control device (150) which is set up to control the tool received on the work spindle (111) of the machine tool (100) relative to the workpiece (200) clamped to the clamping means (130) of the machine tool (100) on the basis of numerical control data, wherein the machine control device (150) is further set up to control an automatic rotary alignment process for determining at least one rotary zero point shift for final machining of a gear (200) clamped to the clamping means (130), in which: - a measuring probe controlled by the machine control device (150) (140) with a plurality of tooth flanks (201a, 201b; 202a, 202b) of the gear (200) at a plurality of predetermined touch positions on each of the tooth flanks, the plurality of tooth flanks comprising a group of left tooth flanks (201a, 202a) and a group of right tooth flanks (201b, 202b),- the machine control device (150) compares the determined actual position with a respective predetermined target position for each of the predetermined touch positions and determines a target-actual deviation for each touch position on the basis of the comparison,- the machine control device (150) determines at least one rotary zero point shift for the final machining of the gear (200) clamped on the clamping means (130) on the basis of the determined target-actual deviations, and- the machine control device (150) is set up to determine the at least one rotary zero point shift of the gear (200) clamped on the clamping means (130) clamped gear (200) taking into account a predetermined minimum material removal depth, with the proviso that during final machining of the gear (200) at each touch position at least material is removed up to the predetermined minimum material removal depth, and if this is not possible, the machine control device (150) is set up to separately evaluate the target-actual deviations determined for the group of left tooth flanks (201a, 202a) and the target-actual deviations determined for the group of right tooth flanks (201b, 202b), and to determine a first zero point shift for the group of left tooth flanks (201a, 202a) and a second zero point shift for the group of right tooth flanks (201b, 202b).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit zumindest 5-Achsen zur zerspanenden Bearbeitung, insbesondere Fräsbearbeitung, eines an einem Einspannmittel der Werkzeugmaschine eingespannten Zahnrads mittels eines an einer Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkzeugs. Die Werkzeugmaschine umfasst eine numerische Maschinensteuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das an der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine aufgenommene Werkzeug relativ zu dem an dem Einspannmittel der Werkzeugmaschine eingespannten Zahnrad (z.B. Stirnrad, Tellerrad bzw. Kegelrad) auf Grundlage numerischer Steuerdaten zu steuern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine funktionelle Erweiterung von Standardwerkzeugmaschinen, wie z.B. Fräs-Werkzeugmaschinen, Fräs-/Bohrwerkzeugmaschinen, Universal-Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren.The present invention relates to a numerically controlled machine tool with at least 5 axes for machining, in particular milling, a gear clamped to a clamping means of the machine tool by means of a tool held on a work spindle of the machine tool. The machine tool comprises a numerical machine control device which is designed to control the tool held on the work spindle of the machine tool relative to the gear (e.g. spur gear, ring gear or bevel gear) clamped on the clamping means of the machine tool on the basis of numerical control data. In particular, the present invention relates to a functional extension of standard machine tools, such as milling machine tools, milling/drilling machine tools, universal machine tools and machining centers.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Aus der
Bei einem derartigen Verfahren wird das Zahnrad in mehreren Schritten hergestellt, wobei zunächst in einer Weichbearbeitung ein vorgefrästes Zahnrad an der Standard-CNC-Werkzeugmaschine (im Gegensatz zu früheren Verfahren unter Verwendung von Spezial-Verzahnungmaschinen) mit einer vorgegebenen Verzahnungsform aus einem Rohteil hergestellt wird. Nach der Weichbearbeitung wird das vorgefräste Zahnrad aus der Werkzeugmaschine ausgespannt und zum Härten zumindest einer Oberflächenschicht des vorgefrästen Zahnrads einer materialhärtenden Wärmebehandlung unterzogen. Nach dieser Wärmebehandlung wird das vorgefräste, gehärtete Zahnrad erneut an dem Einspannmittel der CNC-Standard-5-Achs-Werkzeugmaschine eingespannt, um einer abschließenden Endbearbeitung bzw. Hartbearbeitung unterzogen zu werden.In such a process, the gear is manufactured in several steps, whereby first a pre-milled gear is manufactured from a blank in a soft machining process on the standard CNC machine tool (in contrast to previous processes using special gear cutting machines) with a predetermined gear shape. After the soft machining, the pre-milled gear is removed from the machine tool and subjected to a material-hardening heat treatment to harden at least one surface layer of the pre-milled gear. After this heat treatment, the pre-milled, hardened gear is clamped again on the clamping device of the CNC standard 5-axis machine tool to undergo a final finishing or hard machining.
Hierbei ist es herkömmlich bekannt, dass nach Einspannen des vorgefrästen, gehärteten Zahnrads vor Beginn der abschließenden Endbearbeitung bzw. Hartbearbeitung an der Werkzeugmaschine ein Werkzeugmaschinenkoordinatensystem mit dem Werkstückkoordinatensystem des eingespannten Werkstücks abgeglichen werden muss, da die numerischen Steuerdaten (z.B. ein oder mehrere NC-Programme) zum Steuern der Endbearbeitung bzw. Hartbearbeitung auf Grundlage des Werkstückkoordinatensystems erstellt sind und Verfahrbefehle für Linear- und Rundachsen der Werkzeugmaschine enthalten, die von der Werkzeugmaschine nur auf Grundlage des Werkzeugmaschinenkoordinatensystems umgesetzt werden können. Hierbei spricht man von einer sog. Nullpunktverschiebung, bei der eine Abweichung zwischen dem Koordinatennullpunkt des Werkzeugmaschinenkoordinatensystems und dem Koordinatennullpunkt des Werkstückkoordinatensystems ermittelt wird, und diese Abweichung dann bei Abarbeitung der numerischen Steuerdaten für die Endbearbeitung bzw. Hartbearbeitung numerisch berücksichtigt wird.It is conventionally known that after clamping the pre-milled, hardened gear, before starting the final finishing or hard machining on the machine tool, a machine tool coordinate system must be aligned with the workpiece coordinate system of the clamped workpiece, since the numerical control data (e.g. one or more NC programs) for controlling the finishing or hard machining are created on the basis of the workpiece coordinate system and contain travel commands for linear and rotary axes of the machine tool that can only be implemented by the machine tool on the basis of the machine tool coordinate system. This is referred to as a so-called zero point shift, in which a deviation between the coordinate zero point of the machine tool coordinate system and the coordinate zero point of the workpiece coordinate system is determined, and this deviation is then taken into account numerically when processing the numerical control data for the finishing or hard machining.
Bei rotationssymmetrischen Werkstücken, wie z.B. vorgefrästen Zahnrädern, insbesondere Stirnrädern, Kegelrädern und auch Tellerrädern, ist es hierbei nach Einspannen des Werkstücks vor Beginn der Endbearbeitung insbesondere erforderlich, eine rotatorische Nullpunktverschiebung zu ermitteln. Bei einer Werkzeugmaschine, bei der das rotationssymmetrische Werkstück z.B. auf einem Drehtisch eingespannt ist, welcher mittels einer Rundachse der Werkzeugmaschine drehbar gesteuert werden kann, ist es insbesondere erforderlich, eine rotatorische Nullpunktverschiebung zwischen dem Nullpunkt der den Drehtisch steuernden Rundachse und dem rotatorischen Nullpunkt des eingespannten Werkstücks zu bestimmen.In the case of rotationally symmetrical workpieces, such as pre-milled gears, in particular spur gears, bevel gears and also ring gears, it is particularly necessary to determine a rotary zero point shift after the workpiece has been clamped in place before the final machining begins. In the case of a machine tool in which the rotationally symmetrical workpiece is clamped on a rotary table, for example, which can be controlled by means of a rotary axis of the machine tool, it is particularly necessary to determine a rotary zero point shift between the zero point of the rotary axis controlling the rotary table and the rotary zero point of the clamped workpiece.
Herkömmlich wird bei einem derartigen Ausrichtvorgang das vorgefräste, gehärtete Zahnrad zuerst auf Grundlage einer Positionsbestimmung der Mittelbohrung translatorisch ausgerichtet und danach in einem rotatorischen Ausrichtvorgang auf Grundlage eines Abtastvorgangs mittels eines Messtasters der Werkzeugmaschine oder auch mittels Positionsbestimmung einer außermittigen Positionsbohrung auf der Stirnseite des Zahnrads rotatorisch ausgerichtet. Im Anschluss kann das eingespannte und ausgerichtete Zahnrad auf Basis der ermittelten Nullpunktverschiebungen, ggf. translatorisch sowie rotatorisch, endbearbeitet werden. Bei der Ausrichtmethode mittels eines Messtasters werden herkömmlich zwei gegenüberliegende Zahnflanken eines Zahns oder einer Zahnlücke jeweils einmalig abgetastet, um eine rotatorische Ausrichtung des eingespannten Zahnrads zu ermitteln.In such an alignment process, the pre-milled, hardened gear is usually first aligned translationally based on determining the position of the center hole and then aligned rotationally in a rotational alignment process based on a scanning process using a measuring probe on the machine tool or by determining the position of an off-center position hole on the face of the gear. The clamped and aligned gear can then be finished based on the determined zero point shifts, possibly translationally and rotationally. In the alignment method using a measuring probe, two opposing tooth flanks of a tooth or a tooth gap are each scanned once in order to determine a rotational alignment of the clamped gear.
Bei einem ausreichenden Aufmaß auf den Zahnflanken nach der Weichbearbeitung, einer ausreichenden Einhärtetiefe und einem geringen nach der Wärmebehandlung auftretenden Wärmeverzug ist der vorstehend beschriebene Ausrichtvorgang zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung gerade bei kleinerer Zahnrädern zumeist ausreichend.If there is sufficient stock on the tooth flanks after soft machining, a sufficient hardening depth and a low thermal distortion after heat treatment, the alignment process described above is suitable for determining a rotary zero point offset. shift is usually sufficient, especially with smaller gears.
Jedoch ermöglichen es die neuartigen Verfahren, in denen Zahnräder, wie z.B. Stirnräder, Kegelräder und Tellerräder mit beliebiger Verzahnungsform an numerisch gesteuerten CNC-Standard-5-Achs-Werkzeugmaschinen mittels Standardfräswerkzeugen hergestellt werden, an großen 5-Achs-Werkzeugmaschinen bzw. Bearbeitungszentren sehr große, teilweise einzelangefertigte Zahnräder mit Durchmessern bis zu über einem Meter oder mehr herzustellen, bei denen ein ungewöhnlich großer Wärmeverzug an den Zahnflanken nach der Wärmebehandlung auftreten kann. Hierbei tritt der größte Wärmeverzug meist an den Stellen auf, die die geringste Materialanhäufung und den größten Abstand zum Zahnradgrundkörper aufweisen, d.h. bei Zahnrädern also zumeist am Zahnkopf, so dass die Zähne quasi verbogen sind. Hierbei können sich gegenüberliegende Zahnflanken, d.h. linke und rechte Zahnflanken, durch die Wärmebehandlung ggf. vollkommen unterschiedlich verziehen bzw. verformen und gegebenenfalls sogar in unterschiedliche Richtungen verziehen.However, the new processes in which gears such as spur gears, bevel gears and ring gears with any tooth shape are manufactured on numerically controlled CNC standard 5-axis machine tools using standard milling tools make it possible to manufacture very large, sometimes custom-made gears with diameters of up to over a meter or more on large 5-axis machine tools or machining centers, where an unusually large thermal distortion can occur on the tooth flanks after heat treatment. The greatest thermal distortion usually occurs in the places that have the least accumulation of material and the greatest distance from the gear body, i.e. in the case of gears, this is usually at the tooth tip, so that the teeth are essentially bent. Opposite tooth flanks, i.e. left and right tooth flanks, can warp or deform completely differently as a result of the heat treatment and may even warp in different directions.
Werden insbesondere sehr große Zahnräder, wie sie z.B. für Schiffsgetriebe verwendet werden, mittels der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren vor der Endbearbeitung rotatorisch ausgerichtet, kann der Verzug der Zahnflanken bzw. deren Verformung so groß sein, dass bei der Endbearbeitung an manchen Stellen der Zahnflanken der Materialabtrag zu gering ist und ggf. sogar Stellen auf Zahnflanken auftreten können, an denen bei der Endbearbeitung kein Material abgetragen wird, so dass ein späteres unvorteilhaftes Rollverhalten des Zahnrads auftreten kann. Weiterhin kann auch an anderen Stellen der Zahnflanken ein Verzug der Zahnflanken so groß sein, dass an diesen Stellen zu viel Material abgetragen wird, wobei an diesen Stellen ggf. beim Abtragen von Material die in der Wärmebehandlung gehärtete Einhärtetiefe überschritten wird und somit unvorteilhafte weiche bzw. nicht-gehärtete Stellen auf der Oberfläche der endbearbeiteten Zahnflanken auftreten können, wodurch die Verschleißanfälligkeit des Zahnrads signifikant reduziert wird.If very large gears in particular, such as those used for ship gears, are rotationally aligned using the conventional methods described above before finishing, the distortion of the tooth flanks or their deformation can be so great that the amount of material removed during finishing is too little at some points on the tooth flanks and there may even be points on the tooth flanks where no material is removed during finishing, so that the gear's rolling behavior may later be unfavorable. Furthermore, the distortion of the tooth flanks at other points on the tooth flanks can be so great that too much material is removed at these points. At these points, the hardening depth hardened during heat treatment may be exceeded when material is removed, and unfavorable soft or non-hardened points may therefore appear on the surface of the finished tooth flanks, which significantly reduces the gear's susceptibility to wear.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme der aus dem Stand der Technik bekannten Ausrichtverfahren zum Bestimmen einer rotatorischen Nullpunktverschiebung ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Ausrichtvorgang für weichbearbeitete und einer Wärmebehandlung unterzogene Zahnräder an einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können, und bei dem die rotatorische Nullpunktverschiebung insbesondere bei sehr großen Zahnrädern mit Durchmessern von bis zu über einem Meter immer noch vorteilhafte Ergebnisse liefern kann, so dass bei der Endbearbeitung vermieden werden kann, dass an Zahnflanken Stellen auftreten, an denen zu viel und/oder zu wenig Material abgetragen wird. In view of the above-described problems of the alignment methods known from the prior art for determining a rotary zero point shift, it is an object of the present invention to provide an improved alignment process for soft-machined and heat-treated gears on a machine tool, in which the disadvantages described above can be avoided and in which the rotary zero point shift can still deliver advantageous results, particularly in the case of very large gears with diameters of up to over one meter, so that during finishing it can be avoided that points occur on tooth flanks where too much and/or too little material is removed.
Ferner offenbart
Darüber hinaus offenbart
Des Weiteren offenbart
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Das Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 13 und 14 gelöst. Besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.The problem is solved by the features of claims 1, 13 and 14. Special embodiment Forms of implementation are described in the dependent patent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit zumindest 5-Achsen zur zerspanenden Bearbeitung, insbesondere Fräsbearbeitung, eines an einem Einspannmittel der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstücks mittels eines an einer Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkzeugs vorgeschlagen. Die Werkzeugmaschine umfasst bevorzugt eine numerische Maschinensteuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das an der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine aufgenommene Werkzeug relativ zu dem an dem Einspannmittel der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück auf Grundlage numerischer Steuerdaten zu steuern.According to a first aspect of the invention, a numerically controlled machine tool with at least 5 axes for machining, in particular milling, a workpiece clamped to a clamping means of the machine tool by means of a tool held on a work spindle of the machine tool is proposed. The machine tool preferably comprises a numerical machine control device which is designed to control the tool held on the work spindle of the machine tool relative to the workpiece clamped to the clamping means of the machine tool on the basis of numerical control data.
Erfindungsgemäß ist die Maschinensteuerungseinrichtung der Werkzeugmaschine dazu eingerichtet, einen automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang zur numerischen Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads zu steuern. Unter einer „rotatorischen Nullpunktverschiebung“ wird hierbei insbesondere ein numerischer Wert (bevorzugt insbesondere ein Winkelwert) einer zu ermittelnden Rundachsverdrehung verstanden (insbesondere gemäß einem rotatorischen Freiheitsgrad), die für die spätere Endbearbeitung erforderlich ist, um einen Koordinaten- bzw. Winkel-Nullpunkt der Rundachse(n) im Werkzeugmaschinen-koordinatensystem mit einem rotatorischen Koordinaten-bzw. Winkelnullpunkt des eingespannten Zahnrads im Werkstückkoordinatensystem abzugleichen, wobei das Werkstückkoordinatensystem beim Erstellen bzw. Erzeugen von numerischen Steuerdaten wie z.B. einem NC-Programm zu Grunde gelegt werden, die Rundachse(n) jedoch mittels Befehlen der numerischen Steuerdaten wie z.B. einem NC-Programm unter Bezugnahme auf das Werkzeugmaschinenkoordinatensystem angesteuert werden.According to the invention, the machine control device of the machine tool is designed to control an automatic rotary alignment process for the numerical determination of a rotary zero point shift for final machining of a gearwheel clamped to the clamping means. A "rotary zero point shift" is understood here to mean in particular a numerical value (preferably in particular an angle value) of a rotary axis rotation to be determined (in particular according to a rotary degree of freedom) which is required for the subsequent final machining in order to align a coordinate or angle zero point of the rotary axis(es) in the machine tool coordinate system with a rotary coordinate or angle zero point of the clamped gearwheel in the workpiece coordinate system, wherein the workpiece coordinate system is used as a basis when creating or generating numerical control data such as an NC program, but the rotary axis(es) are controlled by means of commands of the numerical control data such as an NC program with reference to the machine tool coordinate system.
In diesem automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang ermittelt bzw. misst erfindungsgemäß ein von der Maschinensteuerungseinrichtung gesteuertes Messtastmittel bei einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder der Zahnflanken eine jeweilige Istposition, vergleicht die Maschinensteuerungseinrichtung für jede der vorgegebenen Tastpositionen die ermittelte Istposition mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition und ermittelt bzw. berechnet für jede Tastposition eine Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage des Vergleichs, und die Maschinensteuerungseinrichtung ermittelt bzw. berechnet auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads.In this automatic rotary alignment process, according to the invention, a measuring probe controlled by the machine control device determines or measures a respective actual position for a plurality of tooth flanks of the gear at a plurality of predetermined probe positions on each of the tooth flanks, the machine control device compares the determined actual position with a respective predetermined target position for each of the predetermined probe positions and determines or calculates a target-actual deviation for each probe position on the basis of the comparison, and the machine control device determines or calculates at least one rotary zero point shift for the final machining of the gear clamped to the clamping device on the basis of the determined target-actual deviations.
Hierbei liegt der Erfindung die Grundüberlegung zu Grunde, dass sich verschiedene Stellen der Zahnflanken des Zahnrads sich aufgrund der Wärmebehandlung im Aushärtevorgang über die Zahnflanke verteilt unterschiedlich verziehen können, und auch verschiedene Zahnflanken sich über das Zahnrad verteilt unterschiedlich verziehen können. Um diese Verzugseffekte verbessert durch die zu bestimmende rotatorische Nullpunktverschiebung ausgleichen zu können, wird die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung gemäß der Erfindung durch eine Mehrzahl von Soll-Ist-Positionsvergleichen mittels eines Messtastmittels an einer Mehrzahl von Zahnflanken ausgeführt, um die Effekte des unterschiedlichen Verzugs verschiedener Zahnflanken verbessert ausgleichen zu können, und auf jeder dieser Zahnflanken jeweils an mehreren Tastpositionen, um die Effekte des unterschiedlichen Verzugs an verschiedenen Stellen der jeweiligen Zahnflanken verbessert ausgleichen zu können.The invention is based on the basic idea that different points on the tooth flanks of the gear can distort differently across the tooth flank due to the heat treatment in the hardening process, and different tooth flanks can also distort differently across the gear. In order to be able to compensate for these distortion effects better by the rotary zero point shift to be determined, the rotary zero point shift is determined according to the invention by a plurality of target-actual position comparisons using a measuring probe on a plurality of tooth flanks in order to be able to compensate for the effects of the different distortions of different tooth flanks in an improved manner, and on each of these tooth flanks at a plurality of probe positions in order to be able to compensate for the effects of the different distortions at different points on the respective tooth flanks in an improved manner.
Nach dem Ermitteln der Soll-Ist-Abweichungen an einer Mehrzahl von Tastpositionen, die erfindungsgemäß sowohl auf einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads und zudem auf jeder der Zahnflanken an verschiedenen Stellen angeordnet sind, werden die Mehrzahl von ermittelten Soll-Ist-Abweichungen zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung ausgewertet.After determining the target-actual deviations at a plurality of probe positions, which according to the invention are arranged both on a plurality of tooth flanks of the gear and also on each of the tooth flanks at different locations, the plurality of determined target-actual deviations are evaluated to determine a rotary zero point shift.
Bei der Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung gemäß der Erfindung auf Grundlage eines Soll-Ist-Positionsvergleichs an einer Mehrzahl von Tastpositionen, die auf einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads und auf jeder dieser Zahnflanken an einer Mehrzahl von verschiedenen Positionen angeordnet sind, können sowohl die möglicherweise verschieden auftretenden Verzüge an verschiedenen Stellen einer jeweiligen Zahnflanke als auch die möglicherweise verschieden auftretenden Verzüge an verschiedenen Zahnflanken verbessert ausgeglichen werden.When determining the rotary zero point shift according to the invention on the basis of a target-actual position comparison at a plurality of probe positions arranged on a plurality of tooth flanks of the gear and on each of these tooth flanks at a plurality of different positions, both the possibly different distortions occurring at different locations of a respective tooth flank and the possibly different distortions occurring on different tooth flanks can be compensated for in an improved manner.
Demzufolge ist es durch die vorliegende Erfindung verbessert ermöglicht, eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des Zahnrads zu bestimmen, bei der gleichzeitig sowohl das Auftreten von Stellen auf Zahnflanken mit zu viel Materialabtrag und dem daraus möglicherweise folgenden Auftreten von weichen Stellen auf Zahnflanken, die zu erhöhter Verschleißanfälligkeit des Zahnrads führen, als auch das Auftreten von Stellen auf Zahnflanken mit zu wenig bzw. keinem Materialabtrag und dem daraus möglicherweise folgenden Auftreten eines verschlechterten Rollverhaltens des Zahnrads zu vermeiden oder zumindest signifikant zu reduzieren.Accordingly, the present invention makes it possible to determine a rotary zero point shift for the final machining of the gear, while simultaneously avoiding or at least significantly reducing both the occurrence of spots on tooth flanks with too much material removal and the possible resulting occurrence of soft spots on tooth flanks, which lead to increased susceptibility to wear of the gear, and the occurrence of spots on tooth flanks with too little or no material removal and the possible resulting occurrence of deteriorated rolling behavior of the gear.
Für die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung kann die rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel gemäß einem besonders zweckmäßigen Beispiel auf einfache Weise derart ermittelt bzw. berechnet werden, dass in einer Simulation durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung überprüft wird, welche rotatorische Nullpunktverschiebung mindestens erforderlich ist, um alle Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich Null werden zu lassen.For the determination of the rotary zero point shift, the rotary zero point shift can, for example, be determined or calculated in a simple manner according to a particularly useful example in such a way that in a simulation, by varying the rotary zero point shift, it is checked which rotary zero point shift is at least required to make all target-actual deviations greater than or equal to zero.
Hierbei ist zu beachten, dass die Werte der einzelnen Soll-Ist-Abweichungen sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Hierbei bedeuten positive Werte gemäß einer gewählten Definition, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition vom Zahn weg verzogen ist, und negative Werte bedeuten, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition zum Zahn hin verzogen ist. Sobald bei einer derartigen Definition eine rotatorische Nullpunktverschiebung ermittelt werden kann, bei der alle Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich Null werden, ist es möglich, bei Einstellung dieser ermittelten rotatorischen Nullpunktverschiebung und unter Berücksichtigung dieser ermittelten rotatorischen Nullpunktverschiebung bei der folgenden Endbearbeitung an allen Tastpositionen derart zu bearbeiten, dass nicht zu wenig Material abgetragen wird.It should be noted that the values of the individual target-actual deviations can have both positive and negative values. Positive values according to a selected definition mean that the tooth flank is warped away from the tooth at the respective probe position, and negative values mean that the tooth flank is warped towards the tooth at the respective probe position. As soon as a rotary zero point shift can be determined with such a definition, in which all target-actual deviations are greater than or equal to zero, it is possible to set this determined rotary zero point shift and take this determined rotary zero point shift into account during the subsequent final machining at all probe positions in such a way that not too little material is removed.
Insbesondere ist es zum Beispiel möglich auf besonders einfache Weise zu ermitteln, welche Nullpunktverschiebung erforderlich ist, um die kleinste der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich Null werden zu lassen, und diesen Wert als die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zu erfassen.In particular, it is possible, for example, to determine in a particularly simple manner which zero point shift is required to make the smallest of the determined target-actual deviations greater than or equal to zero, and to record this value as the determined rotational zero point shift.
Wahlweise zu den vorstehenden Aspekten ist es bevorzugt auch möglich, zusätzlich ein Mindestaufmaß vorzugeben, wobei die rotatorische Nullpunktverschiebung dann derart ermittelt werden kann, dass in einer Simulation durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung überprüft wird, welche rotatorische Nullpunktverschiebung mindestens erforderlich ist, um alle Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich des vorgegebenen Mindestaufmaßes werden zu lassen. Insbesondere ist es zum Beispiel bevorzugt möglich auf besonders einfache Weise zu ermitteln, welche Nullpunktverschiebung erforderlich ist, um die kleinste der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich des vorgegebenen Aufmaßes werden zu lassen, und diesen Wert als die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zu erfassen.Optionally to the above aspects, it is preferably also possible to additionally specify a minimum allowance, wherein the rotary zero point shift can then be determined in such a way that in a simulation, by varying the rotary zero point shift, it is checked which rotary zero point shift is at least required to make all target-actual deviations greater than or equal to the specified minimum allowance. In particular, it is preferably possible, for example, to determine in a particularly simple manner which zero point shift is required to make the smallest of the determined target-actual deviations greater than or equal to the specified allowance, and to record this value as the determined rotary zero point shift.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zur Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung ist es zu berücksichtigen, dass eine rotatorische Nullpunktverschiebung bei der vorstehend genannten Definition der Vorzeichen der Soll-Ist-Abweichungen die Soll-Ist-Abweichungen auf rechten Flanken verkleinert, während sie die Soll-Ist-Abweichungen auf linken Flanken vergrößert, bzw. die Soll-Ist-Abweichungen auf rechten Flanken vergrößert, während sie die Soll-Ist-Abweichungen auf linken Flanken verkleinert. Falls es nicht möglich ist, rechte und linke Zahnflanken mittels der gleichen rotatorischen Nullpunktverschiebung einzustellen, ist es in weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, rechte und linke Flanken getrennt voneinander auszuwerten und getrennte rotatorische Nullpunktverschiebungen zu ermitteln. Dies wird später noch detaillierter beschrieben.In the above-described embodiments for determining the rotary zero point shift, it must be taken into account that a rotary zero point shift with the above-mentioned definition of the signs of the target-actual deviations reduces the target-actual deviations on right flanks while increasing the target-actual deviations on left flanks, or increases the target-actual deviations on right flanks while reducing the target-actual deviations on left flanks. If it is not possible to adjust right and left tooth flanks using the same rotary zero point shift, further embodiments of the present invention provide for right and left flanks to be evaluated separately and separate rotary zero point shifts to be determined. This will be described in more detail later.
Für die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung kann die rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel gemäß weiteren zweckmäßigen Ausführungsbeispielen als Fit-Wert bzw. Best-Fit-Wert mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung ermittelt bzw. errechnet werden.To determine the rotational zero point shift, the rotational zero point shift can be determined or calculated, for example, according to further expedient embodiments, as a fit value or best fit value by means of a mathematical adjustment calculation.
Zur Bestimmung eines Fit-Werts bzw. Best-Fit-Werts kann hierbei vorzugsweise ein Distanzwert auf Grundlage der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen errechnet werden, wobei der Distanzwert vorzugsweise einen die Größe der Gesamtabweichung unter Berücksichtigung aller ermittelten Soll-Ist-Abweichungen beschreibenden Wert darstellt. In dem mathematischen Ausgleichsverfahren wird dann vorzugsweise durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung automatisch dieser Distanzwert minimiert, und der Wert der rotatorischen Nullpunktverschiebung bei minimiertem Distanzwert ergibt dann im Rahmen dieser mathematischen Ausgleichsrechnung die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zur Verwendung bei der späteren Endbearbeitung des Zahnrads.To determine a fit value or best fit value, a distance value can preferably be calculated on the basis of the determined target-actual deviations, whereby the distance value preferably represents a value describing the size of the total deviation taking into account all determined target-actual deviations. In the mathematical compensation process, this distance value is then automatically minimized, preferably by varying the rotary zero point shift, and the value of the rotary zero point shift with the distance value minimized then results in the determined rotary zero point shift for use in the subsequent final machining of the gear within the framework of this mathematical compensation calculation.
Hierbei ist zu beachten, dass die Werte der einzelnen Soll-Ist-Abweichungen sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Hierbei bedeuten vorzugsweise positive Werte gemäß einer gewählten Definition, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition vom Zahn weg verzogen ist, und negative Werte bedeuten vorzugsweise, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition zum Zahn hin verzogen ist. Aus diesem Grunde sollte der Distanzwert als Funktion der Soll-Ist-Abweichungen vorzugsweise derart gewählt werden, dass er als Funktion der Beträge der Soll-Ist-Abweichungen oder bevorzugt als Funktion der Quadrate der Soll-Ist-Abweichungen beschrieben werden kann. Weiterhin sollte der Distanzwert als Funktion der Soll-Ist-Abweichungen vorzugsweise derart gewählt werden, dass der Wert des Distanzwerts streng monoton steigt mit dem Betrag oder bevorzugt mit dem Quadrat jeder einzelnen Soll-Ist-Abweichung. Zweckmäßigerweise könnte der Distanzwert als streng monoton steigende Funktion der Summe der Beträge aller Soll-Ist-Abweichungen oder bevorzugt als streng monoton steigende Funktion der Summe der Quadrate aller Soll-Ist-Abweichungen definiert werden. Bei Verwendung von mathematischen Ausgleichsrechnungen ist es weiterhin bevorzugt, dass noch eine weitere zusätzliche Überprüfung durchgeführt wird, ob an allen Tastpositionen nach rotatorischer Nullpunktverschiebung entsprechend dem in der Ausgleichsrechnung ermittelten Wert wirklich positive Werte für die Soll-Ist-Abweichungen erreicht werden können (bzw. gemäß weiteren Ausführungen Werte größer oder gleich eines vorgegebenen Aufmaßes). Falls dies nicht der Fall ist, kann der Wert der ermittelten rotatorischen Nullpunktverschiebung entsprechend korrigiert werden (ggf. für linke und rechte Zahnflanken getrennt voneinander), bis an allen Tastpositionen positive Soll-Ist-Abweichungen bzw. Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich einem vorgegebenen Aufmaß erreicht werden.It should be noted that the values of the individual target-actual deviations can take on both positive and negative values. Preferably, positive values according to a selected definition mean that the tooth flank is warped away from the tooth at the respective contact position, and negative values preferably mean that the tooth flank is warped towards the tooth at the respective contact position. For this reason, the distance value as a function of the target-actual deviations should preferably be selected in such a way that it can be described as a function of the amounts of the target-actual deviations or preferably as a function of the squares of the target-actual deviations. Furthermore, the distance value as a function of the target-actual deviations should preferably be selected in such a way that the value of the distance value increases strictly monotonically with the amount or preferably with the square of each individual target-actual deviation. The distance value could expediently be a strictly monotonically increasing function of the sum of the amounts of all Target-actual deviations or preferably as a strictly monotonically increasing function of the sum of the squares of all target-actual deviations. When using mathematical compensation calculations, it is also preferred that a further additional check is carried out to determine whether positive values for the target-actual deviations can really be achieved at all probe positions after rotary zero point shifting in accordance with the value determined in the compensation calculation (or, according to further explanations, values greater than or equal to a specified allowance). If this is not the case, the value of the determined rotary zero point shift can be corrected accordingly (if necessary for left and right tooth flanks separately) until positive target-actual deviations or target-actual deviations greater than or equal to a specified allowance are achieved at all probe positions.
Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung weiterhin dazu eingerichtet, nach dem automatischen Ausrichtvorgang automatisch die Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten zu steuern, wobei die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung des Zahnrads berücksichtigt wird (insbesondere numerisch berücksichtigt).Preferably, the machine control device is further configured to automatically control the final machining of the clamped gear after the automatic alignment process on the basis of control data specified for the final machining, wherein the at least one determined rotary zero point shift is preferably automatically taken into account when controlling the final machining of the gear (in particular taken into account numerically).
Gemäß dieser bevorzugten Ausführung kann die Endbearbeitung des Zahnrads an der Werkzeugmaschine wesentlich effizienter und bei stark reduzierten Standzeiten an der Maschine ausgeführt werden, da nach dem auf die härtende Wärmebehandlung folgende Einspannen des Zahnrads an der Werkzeugmaschine sofort automatisch zuerst eine optimale rotatorische Nullpunktverschiebung ermittelt werden kann, die dann in der direkt anschließenden automatisch gestarteten Endbearbeitung des Zahnrads vorteilhaft automatisch berücksichtigt wird. Ein manuelles, steuerndes Eingreifen des Bedieners nach Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung und vor Beginn der Endbearbeitung an der Werkzeugmaschine ist vorteilhaft nicht erforderlich.According to this preferred embodiment, the final machining of the gear on the machine tool can be carried out much more efficiently and with greatly reduced downtime on the machine, since after the gear is clamped on the machine tool following the hardening heat treatment, an optimal rotary zero point shift can be determined immediately and automatically, which is then advantageously automatically taken into account in the final machining of the gear that starts immediately afterwards. Manual, controlling intervention by the operator after determining the rotary zero point shift and before starting the final machining on the machine tool is advantageously not required.
Erfindungsgemäß umfassen die Mehrzahl von Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnfanken und eine Gruppe von rechten Zahnflanken, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die für die Gruppe von linken Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und die für die Gruppe von rechten Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen getrennt auszuwerten.According to the invention, the plurality of tooth flanks comprise a group of left tooth flanks and a group of right tooth flanks, wherein the machine control device is configured to separately evaluate the target-actual deviations determined for the group of left tooth flanks and the target-actual deviations determined for the group of right tooth flanks.
Demgemäß wird die Erkenntnis genutzt, dass sich zwar alle Zahnflanken aufgrund der härtenden Wärmebehandlung unterschiedlich verziehen können, wobei die Unterschiede im Verzug zwischen zwei verschiedenen linken Flanken bzw. Unterschiede im Verzug zwischen zwei verschiedenen rechten Flanken typischerweise geringer ausfallen als Unterschiede im Verzug zwischen einer linken Flanke und einer rechten Flanke. Bei zusätzlicher oder alternativer getrennter Auswertung der Soll-Ist-Abweichungen von Tastpositionen auf linken Flanken und der Soll-Ist-Abweichungen von Tastpositionen auf rechten Flanken ist es somit möglich, zusätzlich bzw. alternativ zur Bestimmung einer einzigen rotatorischen Nullpunktverschiebung getrennt voneinander eine erste rotatorische Nullpunktverschiebung für linke Zahnflanken und eine zweite rotatorische Nullpunktverschiebung für rechte Zahnflanken zu bestimmen.Accordingly, the knowledge is used that all tooth flanks can warp differently due to the hardening heat treatment, whereby the differences in warping between two different left flanks or differences in warping between two different right flanks are typically smaller than differences in warping between a left flank and a right flank. With additional or alternative separate evaluation of the target-actual deviations of touch positions on left flanks and the target-actual deviations of touch positions on right flanks, it is thus possible to determine a first rotary zero point shift for left tooth flanks and a second rotary zero point shift for right tooth flanks in addition to or as an alternative to determining a single rotary zero point shift.
Bevorzugt ist die Maschinensteuerungseinrichtung bei getrennter Auswertung der für die Gruppe von linken Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und der für die Gruppe von rechten Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen weiterhin dazu eingerichtet, eine erste rotatorische Nullpunktverschiebung für die Gruppe von linken Zahnflanken und eine zweite rotatorische Nullpunktverschiebung für die Gruppe von rechten Zahnflanken zu ermitteln.Preferably, the machine control device is further configured to determine a first rotary zero point shift for the group of left tooth flanks and a second rotary zero point shift for the group of right tooth flanks when separately evaluating the target-actual deviations determined for the group of left tooth flanks and the target-actual deviations determined for the group of right tooth flanks.
Dies hat den Vorteil, dass die Endbearbeitung des Zahnrads weiter verbessert werden kann. Sollte nämlich die Bestimmung einer einzigen rotatorischen Nullpunktverschiebung bei gemeinsamer Auswertung der Soll-Ist-Abweichungen der linken und rechten Zahnflanken zu einem Ergebnis führen, bei dem noch nach Endverarbeitung aufgrund eines zu großen und zu unterschiedlichen Wärmeverzugs der Zahnflanken Stellen mit zu viel Materialabtrag und/oder Stellen mit zu wenig oder keinem Materialabtrag auftreten sollten, kann dies bei getrennter Auswertung der linken und rechten Zahnflanken und Ermittlung der ersten Nullpunktverschiebung für die linken Zahnflanken und zweiten Nullpunktverschiebung für die rechten Zahnflanken verbessert vermieden werden.This has the advantage that the final machining of the gear can be further improved. If the determination of a single rotary zero point shift with a joint evaluation of the target-actual deviations of the left and right tooth flanks leads to a result in which, after final processing, there are areas with too much material removal and/or areas with too little or no material removal due to excessive and varying thermal distortion of the tooth flanks, this can be avoided by evaluating the left and right tooth flanks separately and determining the first zero point shift for the left tooth flanks and the second zero point shift for the right tooth flanks.
Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung in diesem Fall dazu eingerichtet, nach dem automatischen Ausrichtvorgang automatisch die Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten zu steuern, wobei die erste ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der linken Zahnflanken berücksichtigt wird und die zweite ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der rechten Zahnflanken berücksichtigt wird.Preferably, in this case, the machine control device is configured to automatically control the final machining of the clamped gear after the automatic alignment process on the basis of control data specified for the final machining, wherein the first determined rotary zero point shift is preferably automatically taken into account when controlling the final machining of the left tooth flanks and the second determined rotary zero point shift is preferably automatically taken into account when controlling the final machining of the right tooth flanks.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann somit bei getrennter Auswertung der linken und rechten Zahnflanken und Ermittlung der ersten Nullpunktverschiebung für die linken Zahnflanken und zweiten Nullpunktverschiebung für die rechten Zahnflanken verbessert vermieden werden, dass Stellen mit zu viel Materialabtrag und/oder Stellen mit zu wenig oder keinem Materialabtrag auftreten. Der einzige auftretende Effekt wäre bei Anwendung von einer ersten Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung der linken Flanken und einer unterschiedlichen zweiten Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung der rechten Flanken, dass die Zahndicke der Zähne des fertiggestellten Zahnrads gegenüber der Soll-Zahndicke reduziert wäre. Weil durch eine derartige reduzierte Zahndicke das Abrollverhalten des späteren Zahnrads jedoch nicht signifikant beeinflusst wird, da bei Verwendung des Zahnrads zumeist nur entweder die linken oder die rechten Zahnflanken jeweils mit Gegenflanken eines Gegenzahnrads abrollen, kann dieser Effekt toleriert werden und bringt keine wirklichen Nachteile mit.As already mentioned above, by evaluating the left and right tooth flanks separately and determining the first zero point shift for the left tooth flanks and the second zero point shift for the right tooth flanks, it is possible to avoid areas with too much material removal and/or areas with too little or no material removal. The only effect that would occur if a first zero point shift were used for the final machining of the left flanks and a different second zero point shift for the final machining of the right flanks would be that the tooth thickness of the teeth of the finished gear would be reduced compared to the target tooth thickness. However, because such a reduced tooth thickness does not significantly affect the rolling behavior of the subsequent gear, since when the gear is used, usually only either the left or the right tooth flanks roll with the counter flanks of a counter gear, this effect can be tolerated and does not bring any real disadvantages.
In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, grundsätzlich eine erste und eine zweite Nullpunktverschiebung für die linken und rechten Zahnflanken getrennt voneinander zu ermitteln. Dies würde jedoch öfter als eigentlich nötig dazu führen, dass die Zahndicke des fertigen Zahns dünner ausfällt, als die eigentlich vom Konstrukteur vorgegebene Zahndicke. Um diesen Effekt zumindest in den Fällen, in denen es nicht nötig ist, zu vermeiden, werden weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele vorgeschlagen, in denen zuerst grundsätzlich eine gemeinsame Auswertung von rechten und linken Zahnflanken durchgeführt werden kann, um eine gemeinsame rotatorische Nullpunktverschiebung zu ermitteln. Bei dieser wird dann überprüft, ob an allen Tastpositionen auf linken sowie rechten Zahnflanken ein positiver Wert bzw. ein Wert größer oder gleich eines vorgegebenen Aufmaßes erreicht wird bzw. erreichbar ist. Sollte dies nicht möglich sein, können im nächsten Schritt durch getrennte Auswertung der linken und rechten Zahnflanken jeweils eine erste und zweite Nullpunktverschiebung ermittelt werden.In embodiments of the present invention, it is generally possible to determine a first and a second zero point shift for the left and right tooth flanks separately from one another. However, this would more often than actually necessary result in the tooth thickness of the finished tooth being thinner than the tooth thickness actually specified by the designer. In order to avoid this effect at least in cases where it is not necessary, further preferred embodiments are proposed in which a joint evaluation of right and left tooth flanks can first be carried out in order to determine a common rotary zero point shift. This then checks whether a positive value or a value greater than or equal to a specified allowance is achieved or can be achieved at all probe positions on the left and right tooth flanks. If this is not possible, a first and second zero point shift can be determined in the next step by separately evaluating the left and right tooth flanks.
Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Tastpositionen einer Zahnflanke auf der Zahnflanke in Zeilen, die in Zahnbreitenrichtung verlaufen, und Spalten, die in Zahnhöhenrichtung verlaufen, angeordnet, wobei das von der Maschinensteuerungseinrichtung gesteuerte Messtastmittel die Tastpositionen einer Zahnflanke vorzugsweise spaltenweise abtastet, vorzugsweise indem Tastpositionen einer Spalte hintereinander abgetastet werden und nach Abtasten der Tastpositionen der Spalte die Tastpositionen einer benachbarten Spalte abgetastet werden.Preferably, the plurality of sensing positions of a tooth flank are arranged on the tooth flank in rows that run in the tooth width direction and columns that run in the tooth height direction, wherein the measuring sensing means controlled by the machine control device preferably scans the sensing positions of a tooth flank column by column, preferably by sensing sensing positions of a column one after the other and, after scanning the sensing positions of the column, scanning the sensing positions of an adjacent column.
Dies hat den Vorteil, dass die Tastpositionen einer Zahnflanke auf dieser Zahnflanke gemäß einem regelmäßigen Punktgitter in Zeilen und Spalten auf besonders einfache Weise im Wesentlichen über die gesamte Breite und die gesamte Höhe der Zahnflanke verteilt werden können. Somit können auf einfache Weise Tastpositionen auf einer Zahnflanke derart angeordnet werden, dass sich der Wärmeverzug bzw. die Wärmeverzugsänderung über im Wesentlichen über die gesamte Zahnflankenfläche regelmäßig verteilt nachvollziehen lässt. Eine derartige Wärmeverzugsänderung über die Zahnflankenfläche ist auch stark vom jeweiligen Zahnradtyp und von der jeweiligen Verzahnungsform abhängig, da der Verzug typischerweise bei größer werdender Entfernung zum Grundkörper und zum Zahnkopf hin zunimmt.This has the advantage that the touch positions of a tooth flank can be distributed on this tooth flank in a particularly simple manner according to a regular point grid in rows and columns essentially over the entire width and the entire height of the tooth flank. Touch positions on a tooth flank can thus be arranged in a simple manner in such a way that the thermal distortion or the change in thermal distortion can be traced evenly distributed over essentially the entire tooth flank surface. Such a change in thermal distortion over the tooth flank surface is also strongly dependent on the respective gear type and the respective toothing shape, since the distortion typically increases with increasing distance from the base body and the tooth tip.
Durch das spaltenweise Abtasten der Tastpositionen einer Zahnflanke gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform kann zudem der Abtastvorgang für die einzelnen Zahnflanken vorteilhaft effizienter und mit höherer Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt werden, da ein dem entgegengesetztes zeilenweises Abtasten insbesondere in Nähe des Zahngrunds, bei dem die Zahnlücke typischerweise eine geringste Dicke aufweist, zur Vermeidung von Kollisionen sehr vorsichtig und langsam geführt werden müsste, und im Gegensatz dazu bei spaltenweisem Abtasten der Abtastvorgang demzufolge vorteilhaft effizienter bei schnellerer Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt werden kann.By scanning the scanning positions of a tooth flank column by column according to this preferred embodiment, the scanning process for the individual tooth flanks can also be carried out more efficiently and at a higher feed rate, since a line-by-line scanning, in contrast, particularly near the tooth base, where the tooth gap typically has a minimum thickness, would have to be carried out very carefully and slowly to avoid collisions, and in contrast, with column-by-column scanning the scanning process can therefore be carried out more efficiently at a faster feed rate.
Vorzugsweise tastet das Messtastmittel die Tastpositionen einer Spalte in Richtung zum Zahngrund hin ab, vorzugsweise indem für jede Spalte zuerst die dem Zahnkopf am Nächsten liegende Tastposition abgetastet wird und die die dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition zuletzt abgetastet wird. Vorzugsweise steuert die Maschinensteuerungseinrichtung das Tastmittel nach Abtasten der dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition einer Spalte im Eilgang zu der dem Zahnkopf am Nächsten liegenden Tastposition der benachbarten Spalte.Preferably, the measuring probe means scans the scanning positions of a column in the direction of the tooth base, preferably by scanning the scanning position closest to the tooth tip for each column first and scanning the scanning position closest to the tooth base last. Preferably, after scanning the scanning position of a column closest to the tooth base, the machine control device controls the scanning means in rapid traverse to the scanning position closest to the tooth tip of the adjacent column.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführung ergibt sich der Vorteil einer noch schnelleren und effizienteren Abtastung der Tastpositionen einer Zahnflanke, da die langsamere Vorschubgeschwindigkeit beim Abtasten der Tastpositionen einer Spalte zum enger werdenden Zahngrund hin durchgeführt wird und das Verfahren des Tastmittels zur nächsten Tastposition der benachbarten Spalte somit schräg aus dem Zahngrund heraus zum Zahnkopf hin erfolgen kann, demzufolge aufgrund der zum Zahnkopf hin größer werdenden Zahnlückendicke beim Verfahren zur benachbarten Spalte im effizienten und schnellen aber ungenauer steuerbaren Eilgang verfahren werden kann, wobei gleichzeitig das Risiko von Kollisionen signifikant reduziert ist gegenüber einem Verfahren schräg zum Zahngrund hin, bei dem der Eilgang aufgrund der zum Zahngrund hin dünner werdenden Zahnlückendicke nicht angewendet werden könnte.According to this preferred embodiment, the advantage of an even faster and more efficient scanning of the scanning positions of a tooth flank is achieved, since the slower feed rate when scanning the scanning positions of a gap is carried out towards the narrowing tooth base and the movement of the scanning means to the next scanning position of the adjacent gap can thus take place obliquely from the tooth base towards the tooth tip, as a result of which, due to the tooth gap thickness increasing towards the tooth tip, the movement to the adjacent gap can be carried out in efficient and fast but less precisely controllable rapid traverse, while at the same time reducing the risk of collisions. is significantly reduced compared to a process at an angle to the tooth base, where rapid traverse could not be used due to the tooth gap thickness becoming thinner towards the tooth base.
Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl von Zahnflanken eine erste Zahnflanke und eine zweite Zahnflanke, wobei die erste und zweiten Zahnflanken vorzugsweise entweder beide linke Zahnflanken oder beide rechte Zahnflanken sind, und wobei die erste Zahnflanke vorzugsweise auf einer ersten Seite des Zahnrads angeordnet ist, die einer zweiten Seite des Zahnrads, auf der die zweite Zahnflanke angeordnet ist, vorzugsweise in Bezug auf die Zahnradachse im Wesentlichen radial gegenüberliegt. Alternativ umfasst die Mehrzahl von Zahnflanken vorzugsweise eine Gruppe von N Zahnflanken, wobei die N Zahnflanken der Gruppe vorzugsweise entweder alle linke Zahnflanken sind oder alle rechte Zahnflanken sind, und wobei die N Zahnflanken der Gruppe vorzugsweise umfänglich des Zahnrads mit im Wesentlichen jeweils gleichem Winkelabstand zwischen einander angeordnet sind, d.h. vorzugsweise im Wesentlichen bei einem Winkelabstand von 360°/N. Die zuvor beschriebene Ausführungsform in Bezug auf die erste und zweite Zahnflanke entspricht hierbei im Wesentlichen dem Spezialfall N = 2.Preferably, the plurality of tooth flanks comprises a first tooth flank and a second tooth flank, wherein the first and second tooth flanks are preferably either both left tooth flanks or both right tooth flanks, and wherein the first tooth flank is preferably arranged on a first side of the gear, which is preferably substantially radially opposite a second side of the gear on which the second tooth flank is arranged, preferably with respect to the gear axis. Alternatively, the plurality of tooth flanks preferably comprises a group of N tooth flanks, wherein the N tooth flanks of the group are preferably either all left tooth flanks or all right tooth flanks, and wherein the N tooth flanks of the group are preferably arranged circumferentially of the gear with substantially the same angular distance between each other, i.e. preferably substantially at an angular distance of 360°/N. The previously described embodiment with respect to the first and second tooth flanks essentially corresponds to the special case N = 2.
Wie bereits vorstehend beschrieben, kann nicht nur für Tastpositionen auf einer Zahnflanke eine starke Veränderung des Wärmeverzugs auftreten, der durch die rotatorische Nullpunktverschiebung ausgeglichen werden soll, sondern es kann auch für unterschiedliche Zahnflanken ein unterschiedlicher Wärmeverzug auftreten. Um dies verbessert ausgleichen zu können, sieht diese bevorzugte Ausführungsform nicht nur vor, mehrere Zahnflanken abzutasten, sondern die abzutastenden Zahnflanken zudem möglichst umfänglich des Zahnrads im Wesentlichen gleichverteilt auszuwählen.As already described above, not only can a strong change in the thermal distortion occur for scanning positions on a tooth flank, which is to be compensated by the rotary zero point shift, but different thermal distortions can also occur for different tooth flanks. In order to be able to compensate for this better, this preferred embodiment not only provides for scanning several tooth flanks, but also for selecting the tooth flanks to be scanned so that they are distributed essentially evenly over the entire circumference of the gear as far as possible.
Bei zwei (bevorzugt entweder linken oder rechten) abzutastenden Zahnflanken werden diese bevorzugt im Wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads ausgewählt. Hierbei bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere bevorzugt, dass die Zahnflanken nicht notwendigerweise genau gegenüber, d.h. bei 180° angeordnet sein müssen, sondern bevorzugt innerhalb gegenüberliegender Winkelsegmente, die einen Winkel kleiner oder gleich 90° aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 45°.If two tooth flanks (preferably either left or right) are to be scanned, these are preferably selected essentially on opposite sides of the gear. In this case, "essentially" particularly preferably means that the tooth flanks do not necessarily have to be arranged exactly opposite each other, i.e. at 180°, but preferably within opposite angular segments that have an angle of less than or equal to 90°, preferably less than or equal to 45°.
Bei drei oder mehr (bevorzugt entweder linken oder rechten) abzutastenden Zahnflanken, d.h. N > 2, werden diese bevorzugt im Wesentlichen bei einem Winkelabstand von 360°/N zueinander ausgewählt. Hierbei bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere bevorzugt, dass die N Zahnflanken nicht notwendigerweise bei einem Winkelabstand von 360°/N angeordnet sein müssen, sondern bevorzugt jeweils innerhalb von Winkelsegmenten, die einen Winkelabstand von 360°/N zueinander aufweisen und bevorzugt einen jeweiligen Winkel von kleiner oder gleich 180°/N aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 90°/N.If there are three or more (preferably either left or right) tooth flanks to be scanned, i.e. N > 2, these are preferably selected essentially at an angular distance of 360°/N from one another. In this case, "essentially" particularly preferably means that the N tooth flanks do not necessarily have to be arranged at an angular distance of 360°/N, but preferably each within angular segments that have an angular distance of 360°/N from one another and preferably have a respective angle of less than or equal to 180°/N, preferably less than or equal to 90°/N.
Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet, das Messtastmittel zum Abtasten der Tastpositionen auf Grundlage von Tastdaten zu steuern, wobei die Tastdaten für jede Tastposition vorzugsweise eine vorgegebene Zielposition, eine vorgegebene Tastrichtung und/oder eine vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel angeben.Preferably, the machine control device is configured to control the measuring probe for scanning the probe positions on the basis of probe data, wherein the probe data for each probe position preferably indicate a predetermined target position, a predetermined probe direction and/or a predetermined orientation direction for the measuring probe.
Hierbei bezeichnet die Orientierungsrichtung für das Messtastmittel eine Vorgabe einer einzunehmenden Richtung einer Längsachse des Messtastmittels bei dem Abtastvorgang bei der Tastposition, z.B. bei Verwendung eines Taststiftes mit an der Spitze angeordneter Tastkugel der Längsachse des Taststifts.Here, the orientation direction for the measuring probe means refers to a specification of a direction to be taken by a longitudinal axis of the measuring probe means during the scanning process at the scanning position, e.g. when using a stylus with a probe ball arranged at the tip of the longitudinal axis of the stylus.
Die Zielposition gibt (bevorzugt im Werkzeugmaschinenkoordinatensystem) die Position eines Abtastziels für die Tastposition an und die Tastrichtung gibt bevorzugt eine Vorschubrichtung für das Tastmittel beim Abtasten der Tastposition zur Zielposition hin vor.The target position specifies (preferably in the machine tool coordinate system) the position of a scanning target for the probe position and the probe direction preferably specifies a feed direction for the probe when scanning the probe position towards the target position.
Insgesamt wird eine Tastposition auf Grundlage der Tastdaten dann bevorzugt derart abgetastet, dass das Messtastmittel in einer festgehaltenen Orientierung gemäß der vorgegebenen Orientierungsrichtung in Richtung der vorgegebenen Tastrichtung zu der vorgegebenen Zielposition verfahren wird bis ein Tastkontakt mit der Zahnflanke an der Tastposition erreicht wird, an der dann die Istposition gemessen werden kann. Die vorgegebene Zielposition kann hierbei z.B. der vorgegebenen Sollposition der Zahnflanke (d.h. ohne Verzug) entsprechen oder auch einer Position, die definiert ist durch die vorgegebenen Sollposition plus ein vordefinierter Aufmaß-Betrag eines vorgegebenen Aufmaßes, z.B. in Richtung der Flächennormalen der Sollflankenform an der Tastposition.Overall, a probe position is then preferably scanned on the basis of the probe data in such a way that the measuring probe is moved in a fixed orientation according to the specified orientation direction in the direction of the specified probe direction to the specified target position until a probe contact with the tooth flank is achieved at the probe position, at which the actual position can then be measured. The specified target position can, for example, correspond to the specified target position of the tooth flank (i.e. without distortion) or also to a position that is defined by the specified target position plus a predefined allowance amount of a specified allowance, e.g. in the direction of the surface normal of the target flank shape at the probe position.
Vorzugsweise geben die Tastdaten für alle Tastpositionen einer Zahnflanke die gleiche vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel an, so dass die Maschinensteuerungseinrichtung das Messtastmittel vorzugsweise derart steuert, dass die Orientierungsrichtung des Messtastmittels beim Abtastvorgang der Tastpositionen einer Zahnflanke unverändert bleibt. Vorzugsweise umfassen die zumindest 5-Achsen der Werkzeugmaschine hierbei zumindest zwei Rundachsen, wobei die vorgegebene Orientierungsrichtung der Tastdaten für eine Tastposition vorzugsweise eine numerische Stellungsvorgabe für die einzunehmende Stellung der zumindest zwei Rundachsen der Werkzeugmaschine beim Abtasten der Zahnflanke an der Tastposition angibt.Preferably, the touch data for all touch positions of a tooth flank indicate the same predetermined orientation direction for the measuring probe, so that the machine control device preferably controls the measuring probe in such a way that the orientation direction of the measuring probe remains unchanged during the scanning process of the touch positions of a tooth flank. Preferably, the at least 5 axes of the machine tool comprise at least two rotary axes, wherein the predetermined orientation direction of the touch data for a touch position preferably specifies a numerical position specification for the position to be assumed by the at least two rotary axes of the machine tool when scanning the tooth flank at the touch position.
Dies hat den Vorteil, dass die Genauigkeit beim Abtasten der Tastpositionen einer Zahnflanke vorteilhaft erhöht werden kann, da die vorgegebene Tastorientierung und somit die eingehaltene Rundachsstellung der Rundachsen beim Abtastvorgang aller Tastpositionen einer Zahnflanke nicht verändert wird. Die Abtastbewegungen an einer Zahnflanke werden dann nur von den Linearachsen der Werkzeugmaschine bei festgehaltenen Rundachsen gesteuert, so dass die Abtast-Istpositionen für die jeweilige Zahnflanke vorteilhaft bei höherer relativer Genauigkeit zueinander erfasst werden können.This has the advantage that the accuracy when scanning the scanning positions of a tooth flank can be advantageously increased, since the specified scanning orientation and thus the maintained rotary axis position of the rotary axes is not changed during the scanning process of all scanning positions of a tooth flank. The scanning movements on a tooth flank are then only controlled by the linear axes of the machine tool with the rotary axes fixed, so that the actual scanning positions for the respective tooth flank can advantageously be recorded with greater relative accuracy to one another.
Vorzugsweise umfasst die Werkzeugmaschine weiterhin ein Eingabemittel, über das ein Benutzer für eine oder mehrere Zahnflanken eine jeweilige Mehrzahl von Tastpositionen vorgeben kann, und/oder ein Schnittstellenmittel, über das Tastpositionsdaten eingegeben werden können, die für eine oder mehrere Zahnflanken eine jeweilige Mehrzahl von Tastpositionen vorgeben. Vorzugsweise ist die Maschinensteuereinrichtung dann dazu eingerichtet, auf Grundlage der vorgegebenen Tastpositionen die Tastdaten automatisch zu erzeugen.Preferably, the machine tool further comprises an input means via which a user can specify a respective plurality of touch positions for one or more tooth flanks, and/or an interface means via which touch position data can be entered which specify a respective plurality of touch positions for one or more tooth flanks. Preferably, the machine control device is then set up to automatically generate the touch data on the basis of the specified touch positions.
Dies hat den Vorteil, dass ein Benutzer der Werkzeugmaschine auf einfache Art und Weise Tastpositionen vorgeben kann, die dem Ausrichtvorgang zu Grunde gelegt werden sollen, indem die Tastpositionen entweder mittels des Eingabemittels direkt an der Werkzeugmaschine eingegebene werden können oder über die Schnittstelle an die Maschinensteuerungseinrichtung der Werkzeugmaschine übermittelt werden können. Die Schnittstelle kann hierbei z.B. eine Ethernet-, LAN-, WLAN-, und/oder USB-Schnittstelle zur Ein- und Ausgabe von Daten an der Werkzeugmaschine umfassen. Der Benutzer kann hierbei vorteilhaft nur die jeweiligen Zielpositionen vorgeben, wobei die weiteren erforderlichen Tastdaten automatisch an der Werkzeugmaschine von der Maschinensteuerungseinrichtung erzeugt werden können.This has the advantage that a user of the machine tool can easily specify touch positions that are to be used as the basis for the alignment process, in that the touch positions can either be entered directly on the machine tool using the input device or can be transmitted to the machine tool's machine control device via the interface. The interface can include, for example, an Ethernet, LAN, WLAN and/or USB interface for inputting and outputting data on the machine tool. The user can advantageously only specify the respective target positions, whereby the other required touch data can be generated automatically on the machine tool by the machine control device.
Vorzugsweise ist die jeweilige vorgegebene Tastrichtung für jede Tastposition auf einer Zahnflanke jeweils parallel zu einem Normalenvektor ausgerichtet, der an der jeweiligen Tastposition auf der Zahnflanke senkrecht steht. Somit kann die Tastrichtung auf einfache Weise bereits auf Grundlage der Sollflankengeometrie und der Zielpositionen errechnet werden, da sich die Tastrichtung an der Flächennormale der Sollflanke an der Tastposition orientiert. Zudem kann hierdurch der eigentliche Tastvorgang an einer Tastposition genauer ausgeführt werden. Am genauesten würde der Tastvorgang bei senkrechtem Antasten der tatsächlichen Flanke erreicht werden können, wobei die exakte senkrechte Richtung zu der tatsächlichen Flanke an der Tastposition aufgrund des unbekannten Verzugs nicht exakt bekannt ist. Indem die Flächennormale auf die Soll-Flankenfläche an der Tastposition zur Ausrichtung der Tastrichtung genutzt wird, kann die Genauigkeit der Abtastung jedoch im Durchschnitt über alle Tastpositionen selbst ohne Kenntnis der echten Flächennormalen der Flankenform mit Verzug auf einfache Weise vorteilhaft optimiert werden.Preferably, the respective specified scanning direction for each scanning position on a tooth flank is aligned parallel to a normal vector that is perpendicular to the respective scanning position on the tooth flank. The scanning direction can thus be easily calculated on the basis of the target flank geometry and the target positions, since the scanning direction is based on the surface normal of the target flank at the scanning position. In addition, the actual scanning process can be carried out more precisely at a scanning position. The scanning process can be achieved most precisely by scanning the actual flank perpendicularly, whereby the exact perpendicular direction to the actual flank at the scanning position is not exactly known due to the unknown distortion. By using the surface normal to the target flank surface at the scanning position to align the scanning direction, the accuracy of the scanning can be advantageously optimized in a simple manner on average across all scanning positions, even without knowledge of the real surface normal of the flank shape with distortion.
Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter der Maßgabe zu ermitteln, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition Material abzutragen. Dies kann dadurch auf einfache Weise ermöglicht werden, indem die bestimmte rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel für alle ermittelten Soll-Ist-Abweichungen überprüft wird, um herauszufinden, ob an einer oder mehreren der Tastpositionen die ermittelte Nullpunktverschiebung nicht ausreichend ist, um an dieser Tastposition bei Endbearbeitung Material abzutragen. Auf Grundlage dieser Überprüfung kann dann die ermittelte Nullpunktverschiebung ggf. noch leicht korrigiert werden, um auch an diesen Tastpositionen Material abzutragen zu können, wobei bevorzugt noch erneut überprüft werden sollte, ob diese Korrektur nicht dazu führen könnte, dass dann an anderen Tastpositionen kein Material abgetragen wird. Durch das Ermitteln einer Nullpunktverschiebung bzw. korrigierten Nullpunktverschiebung, bei der während der Endbearbeitung an allen Tastpositionen Material abgetragen wird, kann es insbesondere verbessert vermieden werden, dass überhaupt Stellen auf Zahnflanken auftreten, an denen kein Material abgetragen wird.Preferably, the machine control device is set up to determine the at least one rotary zero point shift of the gearwheel clamped to the clamping means under the condition that material is removed at each touch position during final machining of the gearwheel. This can be made possible in a simple manner by checking the determined rotary zero point shift, for example for all determined target-actual deviations, in order to find out whether the determined zero point shift is not sufficient at one or more of the touch positions to remove material at this touch position during final machining. On the basis of this check, the determined zero point shift can then be slightly corrected if necessary in order to be able to remove material at these touch positions as well, whereby it should preferably be checked again whether this correction could not lead to no material being removed at other touch positions. By determining a zero point shift or corrected zero point shift, in which material is removed at all touch positions during final machining, it can be better avoided in particular that there are any places on tooth flanks where no material is removed.
In ähnlicher Weise ist es wie folgend beschrieben auch möglich, Maßgaben einer minimalen Materialabtragungstiefe bei der Endbearbeitung für die Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung vorzugeben. Diese kann ggf. durch einen Benutzer erneut über ein Eingabemittel oder in Datenform über eine Datenschnittstelle vorgegeben werden.In a similar way, as described below, it is also possible to specify a minimum material removal depth during finishing for determining the rotary zero point shift. This can be specified again by a user via an input device or in data form via a data interface.
Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe zu ermitteln, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen.Preferably, the machine control device is designed to determine the at least one rotational zero point shift of the gearwheel clamped to the clamping means, taking into account a predetermined minimum material removal depth, with the proviso that during final machining of the gearwheel, at least material up to the predetermined minimum material removal depth is removed at each touch position.
Vorzugsweise umfasst die Maschinensteuerungseinrichtung ein Speichermittel und ist dazu eingerichtet, die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung für das eingespannte Zahnrad zu speichern. Dies hat den Vorteil, dass die abgespeicherte rotatorische Nullpunktverschiebung auf einfache Weise bei der späteren Endbearbeitung numerisch berücksichtigt werden kann, da auch noch während der Abarbeitung der Steuerdaten bei Ausführung der Endbearbeitung stets erneut auf den gespeicherten Wert zurückgegriffen werden kann.Preferably, the machine control device comprises a storage means and is designed to store the at least one determined rotary zero point shift for the clamped gear. This has the advantage that the stored rotary zero point shift can be easily taken into account numerically during the subsequent final machining, since the stored value can always be used again even during the processing of the control data when the final machining is carried out.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines Zahnrads an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine vorgeschlagen, wobei die Werkzeugmaschine vorzugsweise gemäß einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungen ausgebildet ist bzw. der Ausrichtvorgang durchgeführt wird, wie an einer Werkzeugmaschine gemäß einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungen.According to a second aspect of the invention, a method is proposed for controlling an automatic rotary alignment process for determining a rotary zero point shift for finishing a gear on a numerically controlled machine tool, wherein the machine tool is preferably designed according to one or more of the embodiments described above or the alignment process is carried out as on a machine tool according to one or more of the embodiments described above.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren Ermitteln einer jeweiligen Istposition an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder Zahnflanke einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads mittels eines Messtastmittels, Vergleichen der ermittelten Istposition für jede der vorgegebenen Tastpositionen mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition, Ermitteln einer Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage des Vergleichs für jede Tastposition, und Ermitteln zumindest einer rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen.According to the invention, the method comprises determining a respective actual position at a plurality of predetermined probe positions on each tooth flank of a plurality of tooth flanks of the gear by means of a measuring probe, comparing the determined actual position for each of the predetermined probe positions with a respective predetermined target position, determining a target-actual deviation based on the comparison for each probe position, and determining at least one rotary zero point shift for the final machining of the gear clamped to the clamping means based on the determined target-actual deviations.
Vorzugsweise folgt die von dem Maschinensteuerungseinrichtung gesteuerte Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten automatisch nach dem automatischen Ausrichtvorgang, wobei die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung des Zahnrads berücksichtigt wird.Preferably, the final machining of the clamped gear controlled by the machine control device follows automatically after the automatic alignment process on the basis of control data specified for the final machining, wherein the at least one determined rotary zero point shift is preferably automatically taken into account when controlling the final machining of the gear.
Erfindungsgemäß umfassen die Mehrzahl von Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnfanken und eine Gruppe von rechten Zahnflanken, wobei die für die Gruppe von linken Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und die für die Gruppe von rechten Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen getrennt ausgewertet werden. Vorzugsweise werden im Schritt Ermitteln zumindest einer rotatorischen Nullpunktverschiebung eine erste Nullpunktverschiebung für die Gruppe von linken Zahnflanken und eine zweite Nullpunktverschiebung für die Gruppe von rechten Zahnflanken ermittelt.According to the invention, the plurality of tooth flanks comprise a group of left tooth flanks and a group of right tooth flanks, wherein the target-actual deviations determined for the group of left tooth flanks and the target-actual deviations determined for the group of right tooth flanks are evaluated separately. Preferably, in the step of determining at least one rotary zero point shift, a first zero point shift for the group of left tooth flanks and a second zero point shift for the group of right tooth flanks are determined.
Vorzugsweise folgt die von dem Maschinensteuerungseinrichtung gesteuerte Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten automatisch nach dem automatischen Ausrichtvorgang, wobei die erste ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der linken Zahnflanken berücksichtigt wird und die zweite ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der rechten Zahnflanken berücksichtigt wird.Preferably, the final machining of the clamped gear controlled by the machine control device on the basis of control data specified for the final machining automatically follows the automatic alignment process, wherein the first determined rotary zero point shift is preferably automatically taken into account when controlling the final machining of the left tooth flanks and the second determined rotary zero point shift is preferably automatically taken into account when controlling the final machining of the right tooth flanks.
Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Tastpositionen einer Zahnflanke auf der Zahnflanke in Zeilen, die in Zahnbreitenrichtung verlaufen, und Spalten, die in Zahnhöhenrichtung verlaufen, angeordnet, wobei im Schritt Ermitteln der jeweiligen Istpositionen das Messtastmittel vorzugsweise die Tastpositionen einer Zahnflanke spaltenweise abtastet, indem Tastpositionen einer Spalte hintereinander abgetastet werden und nach Abtasten der Tastpositionen der Spalte die Tastpositionen einer benachbarten Spalte abgetastet werden.Preferably, the plurality of sensing positions of a tooth flank are arranged on the tooth flank in rows which run in the tooth width direction and columns which run in the tooth height direction, wherein in the step of determining the respective actual positions the measuring sensing means preferably scans the sensing positions of a tooth flank column by column by sensing sensing positions of a column one after the other and, after scanning the sensing positions of the column, the sensing positions of an adjacent column are scanned.
Vorzugsweise tastet das Messtastmittel die Tastpositionen einer Spalte in Richtung zum Zahngrund hin ab, indem für jede Spalte zuerst die dem Zahnkopf am Nächsten liegende Tastposition abgetastet wird und die die dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition zuletzt abgetastet wird. Vorzugsweise wird das Tastmittel hierbei nach Abtasten der dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition einer Spalte im Eilgang zu der dem Zahnkopf am Nächsten liegenden Tastposition der benachbarten Spalte gesteuert.Preferably, the measuring probe means scans the scanning positions of a column in the direction of the tooth base, whereby for each column the scanning position closest to the tooth tip is scanned first and the scanning position closest to the tooth base is scanned last. Preferably, after scanning the scanning position of a column closest to the tooth base, the probe means is controlled in rapid traverse to the scanning position of the adjacent column closest to the tooth tip.
Vorzugsweise umfassen die Mehrzahl von Zahnflanken eine erste Zahnflanke und eine zweite Zahnflanke, wobei die erste und zweiten Zahnflanken vorzugsweise entweder beide linke Zahnflanken oder beide rechte Zahnflanken sind, und wobei die erste Zahnflanke vorzugsweise auf einer ersten Seite des Zahnrads angeordnet ist, die einer zweiten Seite des Zahnrads, auf der die zweite Zahnflanke angeordnet ist, in Bezug auf die Zahnradachse im Wesentlichen radial gegenüberliegt. Alternativ umfassen die Mehrzahl von Zahnflanken vorzugsweise eine Gruppe von N Zahnflanken, wobei die N Zahnflanken der Gruppe vorzugsweise entweder alle linke Zahnflanken sind oder alle rechte Zahnflanken sind, und wobei die N Zahnflanken der Gruppe vorzugsweise umfänglich des Zahnrads mit im Wesentlichen jeweils gleichbleibendem Winkelabstand zwischen einander angeordnet sind.Preferably, the plurality of tooth flanks comprise a first tooth flank and a second tooth flank, wherein the first and second tooth flanks are preferably either both left tooth flanks or both right tooth flanks, and wherein the first tooth flank is preferably arranged on a first side of the gear that is substantially radially opposite a second side of the gear on which the second tooth flank is arranged with respect to the gear axis. Alternatively, the plurality of tooth flanks preferably comprise a group of N tooth flanks, wherein the N tooth flanks of the group are preferably either all left tooth flanks or all right tooth flanks, and wherein the N tooth flanks of the group are preferably arranged circumferentially of the gear with a substantially constant angular distance between each other.
Vorzugsweise wird das Messtastmittel zum Abtasten der Tastpositionen auf Grundlage von Tastdaten gesteuert, wobei die Tastdaten vorzugsweise für jede Tastposition eine vorgegebene Zielposition, eine vorgegebene Tastrichtung und/oder eine vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel angeben. Vorzugsweise geben die Tastdaten für alle Tastpositionen einer Zahnflanke die gleiche vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel an, so dass das Messtastmittel vorzugsweise derart gesteuert wird, dass die Orientierungsrichtung des Messtastmittels beim Abtastvorgang der Tastpositionen einer Zahnflanke unverändert bleibt.Preferably, the measuring probe means for scanning the scanning positions is controlled on the basis of scanning data, wherein the scanning data preferably indicate a predetermined target position, a predetermined scanning direction and/or a predetermined orientation direction for the measuring probe means for each scanning position. Preferably, the scanning data indicate the same predetermined orientation direction for the measuring probe means for all scanning positions of a tooth flank, so that the measuring probe means is preferably controlled in such a way that the orientation direction of the measuring probe means remains unchanged during the scanning process of the scanning positions of a tooth flank.
Vorzugsweise umfassen die zumindest 5-Achsen der Werkzeugmaschine zumindest zwei Rundachsen, wobei die vorgegebene Orientierungsrichtung der Tastdaten für eine Tastposition vorzugsweise eine Stellungsvorgabe für die zumindest zwei Rundachsen der Werkzeugmaschine beim Abtasten der Zahnflanke an der Tastposition angibt.Preferably, the at least 5 axes of the machine tool comprise at least two rotary axes, wherein the predetermined orientation direction of the scanning data for a scanning position preferably indicates a position specification for the at least two rotary axes of the machine tool when scanning the tooth flank at the scanning position.
Vorzugsweise werden die Tastdaten auf Grundlage von vorgegebenen Tastpositionen automatisch erzeugt, wobei die vorgegebenen Tastpositionen vorzugsweise über ein Eingabemittel von einem Benutzer und/oder über ein Schnittstellenmittel für eine oder mehrere Zahnflanken vorgegeben werden können.Preferably, the touch data are generated automatically on the basis of predetermined touch positions, wherein the predetermined touch positions can preferably be specified by a user via an input means and/or via an interface means for one or more tooth flanks.
Vorzugsweise ist die jeweilige vorgegebene Tastrichtung für jede Tastposition auf einer Zahnflanke jeweils parallel zu einem Normalenvektor ausgerichtet, der an der jeweiligen Tastposition auf der Zahnflanke senkrecht steht.Preferably, the respective predetermined scanning direction for each scanning position on a tooth flank is aligned parallel to a normal vector which is perpendicular to the respective scanning position on the tooth flank.
Vorzugsweise wird die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter der Maßgabe ermittelt, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition Material abzutragen. Vorzugsweise wird die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe ermittelt, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen.Preferably, the at least one rotary zero point shift of the gearwheel clamped to the clamping means is determined with the proviso that material is removed at each touch position during final machining of the gearwheel. Preferably, the at least one rotary zero point shift of the gearwheel clamped to the clamping means is determined taking into account a predetermined minimum material removal depth, with the proviso that material is removed at least up to the predetermined minimum material removal depth during final machining of the gearwheel at each touch position.
Vorzugsweise wird die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung für das eingespannte Zahnrad in einem Speichermittel gespeichert.Preferably, the at least one determined rotational zero point shift for the clamped gear is stored in a storage means.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das ein computerlesbares Medium und ein darin gespeichertes Computerprogramm umfasst, wobei das Computerprogramm in der Form einer Abfolge von Zuständen gespeichert ist, die Befehlen entspricht, die eingerichtet sind von einer Maschinensteuerungseinrichtung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verarbeitet zu werden, so dass die Maschinensteuerungseinrichtung auf Grundlage der Befehle ein Verfahren gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen an der Werkzeugmaschine steuert.According to a third aspect, a computer program product is proposed which comprises a computer-readable medium and a computer program stored therein, wherein the computer program is stored in the form of a sequence of states corresponding to commands which are configured to be processed by a machine control device of a numerically controlled machine tool according to one or more of the embodiments described above, so that the machine control device controls a method according to one or more of the embodiments described above on the machine tool on the basis of the commands.
Zusammenfassend ermöglicht es die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die vorstehend bereits beschriebenen, im Zusammenhang mit einem Ausrichtvorgang zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung auftretenden Problemen der aus dem Stand der Technik bekannten Ausrichtverfahren, einen verbesserten Ausrichtvorgang für weichbearbeitete und einer Wärmebehandlung unterzogene Zahnräder an einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können, und bei dem die rotatorische Nullpunktverschiebung insbesondere bei sehr großen Zahnrädern mit Durchmessern von bis zu über einem Meter oder mehr immer noch vorteilhafte Ergebnisse liefern kann, so dass bei der Endbearbeitung vermieden werden kann, dass an Zahnflanken Stellen auftreten, an denen zu viel und/oder zu wenig Material abgetragen wird.In summary, in view of the problems of the alignment methods known from the prior art that have already been described above and occur in connection with an alignment process for determining a rotary zero point shift, the present invention makes it possible to provide an improved alignment process for soft-machined and heat-treated gears on a machine tool, in which the disadvantages described above can be avoided and in which the rotary zero point shift can still produce advantageous results, particularly in the case of very large gears with diameters of up to over a meter or more, so that during the final machining it can be avoided that points occur on tooth flanks where too much and/or too little material is removed.
Kurzbeschreibung der angehängten FigurenShort description of the attached figures
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1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.1 shows an example of a schematic representation of a machine tool according to an embodiment of the invention. -
2 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung zweier benachbarter Zähne eines geradverzahnten Stirnrads in Perspektivdarstellung.2 shows an example of a schematic representation of two adjacent teeth of a straight-toothed spur gear in perspective. -
3 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer rechten Zahnflanke zur Veranschaulichung eines Abtastvorgangs an einer Zahnflanke gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.3 shows an example of a schematic representation of a right tooth flank to illustrate a scanning process on a tooth flank according to an embodiment of the invention. -
4 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung von Istpositionen und Sollpositionen einer Spalte von Tastpositionen auf Zahnflanken eines Zahns aus2 .4 shows an example of a schematic representation of actual positions and target positions of a column of probe positions on tooth flanks of a tooth from2 . -
5 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagram eines Ausrichtvorgangs zur Endbearbeitung eines Zahnrads gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.5 shows an exemplary flow chart of an alignment process for finishing a gear according to an embodiment of the present invention.
Ausführliche Beschreibung der angehängten Figuren und bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of the attached figures and preferred embodiments
Im Folgenden werden beispielhafte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist durch den Umfang der Patentansprüche definiert. Gleiche bzw. ähnliche Merkmale der Ausführungsbeispiele werden in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.In the following, exemplary preferred embodiments of the present invention are The invention is described in detail with reference to the accompanying figures. However, the present invention is not limited to the embodiments described. The present invention is defined by the scope of the patent claims. Identical or similar features of the embodiments are identified in the figures with the same reference numerals.
Die Werkzeugmaschine 100 umfasst drei Linearachsen X, Y, und Z (nicht dargestellt) und zwei Rundachsen, z.B. eine erste Rundachse A, B oder eine Kombination aus A und B (nicht dargestellt) und eine zweite Rundachse C (um Rotationsachse M1 in
Die Arbeitsspindel 111 ist an einem Spindelkopf 110 der Werkzeugmaschine gehalten, welcher über eine Rundachse (nicht dargestellt) rotatorisch angetrieben werden kann, und ist dazu eingerichtet, ein oder mehrere Werkzeuge an einer Werkzeugaufnahmeschnittstelle aufzunehmen. Des Weiteren ist die Arbeitsspindel 111 dazu eingerichtet, ein an der Werkzeugaufnahme aufgenommenes Werkzeug, wie z.B. ein Fräs- oder Bohrwerkzeug, zum Erzeugen der zerspanenden Schnittbewegung bei Bearbeitung eines Werkstücks an der Werkzeugmaschine bei hoher Drehzahl rotatorisch anzutreiben (werkzeugtragende Spindel). Weiterhin ist es jedoch neben zerspanenden Werkzeugen auch möglich, nicht-zerspanende Werkzeug an der Arbeitsspindel 111 aufzunehmen und mittels der zumindest 5 Achsen relativ zu dem an dem Einspannmittel 130 eingespannten Werkstück 200 zu verfahren. Das in
Die Werkzeugmaschine umfasst weiterhin einen Drehtisch 120, auf dem das Einspannmittel 130 zum Einspannen eines Werkstücks 200 befestigt ist und der mittels der Rundachse B drehbar um die Rotationsachse M1 in
Die Maschinensteuerungseinrichtung 150 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft eine Schnittstelle 170 zur Ein- und Ausgabe von Steuerdaten wie z.B. NC-Daten umfassend ein oder mehrere NC-Programme. Die Schnittstelle 170 kann hierbei unterschiedlichste Datenschnittstellen aufweisen, z.B. eine LAN-Schnittstelle, eine WLAN-Schnittstelle, eine Ethernet-Schnittstelle, eine Bluetooth-Schnittstelle, eine USB-Schnittstelle etc.In this exemplary embodiment, the
Weiterhin umfasst die Maschinensteuerungseinrichtung 150 eine Bedieneinrichtung 160, über die ein Bediener die Werkzeugmaschine 100 und insbesondere die Maschinensteuerungseinrichtung 150 bedienen kann. Die Bedieneinrichtung 160 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Darstelleinheit 161 zum Darstellen einer graphischen Benutzerschnittstelle (umfassend Mittel zur visuellen Informationsübertragung d.h. z.B. ein Monitor, Touchscreen bzw. Bildschirm, oder auch Balkenanzeigen, Lämpchen, LEDs etc.) und Bedieneinheiten 162a und 162b zur manuellen Eingabe von Bedienbefehlen. Beispielsweise kann die Bedieneinheit 162a mit einer Tastatur und/oder Softkeys ausgebildet sein, und die Bedieneinheit 162b kann beispielsweise als positionsangebende Bedieneinheit ausgebildet sein, z.B. als eine Computermaus, ein Trackingball, ein Touchpad, ein Joystick oder ähnliches.The
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Werkzeugmaschine 100 gemäß
In diesem automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang ermittelt bzw. misst der von der Maschinensteuerungseinrichtung 150 gesteuerte, an der Arbeitsspindel 111 aufgenommene Messtaster 140 bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Zahnflanken des Zahnrads 200 an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder der vorgegebenen Zahnflanken eine jeweilige Istposition. Danach vergleicht die Maschinensteuerungseinrichtung 150 für jede der vorgegebenen Tastpositionen die ermittelte Istposition mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition und ermittelt bzw. berechnet für jede Tastposition eine Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage dieses Vergleichs. Darauffolgend ermittelt bzw. berechnet die Maschinensteuerungseinrichtung 150 automatisch auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel 130 eingespannten Zahnrads 200. Dies wird später detaillierter beschrieben.In this automatic rotary alignment process, the measuring
Vorzugsweise werden die bestimmten Istpositionen zusammen mit den Sollpositionen und den dazugehörigen Soll-Ist-Abweichungen in einem Speichermittel der Maschinensteuerungseinrichtung 150 gespeichert. Weiterhin wird vorzugsweise auch die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung in dem Speichermittel gespeichert, um in der darauffolgenden Endbearbeitung berücksichtigt zu werden.Preferably, the determined actual positions are stored together with the target positions and the associated target-actual deviations in a storage means of the
Hierbei ist es gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die Mehrzahl von abzutastenden Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnflanken und eine Gruppe von rechten Zahnflanken umfasst. Vorzugsweise ist hierbei die Anzahl der abzutastenden linken Zahnflanken und die Anzahl der abzutastenden rechten Zahnflanken gleich. Um hierbei vorteilhaft kurze Verfahrwege beim gesamten Abtastvorgang zu ermöglichen, können z.B. bevorzugt jeweils die linke und die rechte Zahnflanke des gleichen Zahns abgetastet werden oder noch zweckmäßiger die linke und die rechte Zahnflanke einer gleichen Zahnlücke.According to an embodiment of the invention, it is particularly preferred that the plurality of tooth flanks to be scanned comprise a group of left tooth flanks and a group of right tooth flanks. Preferably, the number of left tooth flanks to be scanned and the number of right tooth flanks to be scanned are the same. In order to advantageously enable short travel paths during the entire scanning process, for example, the left and right tooth flanks of the same tooth can preferably be scanned, or even more expediently the left and right tooth flanks of the same tooth gap.
Die Tastdaten geben vorzugsweise zunächst die abzutastenden Zahnflanken an, oder zumindest die abzutastenden Zähne bzw. Zahnlücken, wobei dann bevorzugt pro angegebenem Zahn bzw. pro angegebener Zahnlücke jeweils die linke und rechte Zahnflanke abgetastet wird. Für eine Zahnflanke (bzw. gleichzeitig für alle abzutastenden rechten und/oder linken Zahnflanken) geben die Tastdaten weiterhin eine Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen für den Abtastvorgang an. Die Maschinensteuerungseinrichtung 150 ist dazu eingerichtet, den an der Arbeitsspindel 111 aufgenommenen Messtaster 140 zum Abtasten einer Mehrzahl von auf der Zahnflanke angeordneten Tastpositionen auf Grundlage der Tastdaten zu steuern, wobei die Tastdaten für jede Tastposition x(i,j) eine vorgegebene Zielposition, eine vorgegebene Tastrichtung und eine vorgegebene Orientierungsrichtung TO für den Messtaster 140 angeben.The sensing data preferably initially indicate the tooth flanks to be scanned, or at least the teeth or tooth gaps to be scanned, with the left and right tooth flanks then preferably being scanned for each specified tooth or tooth gap. For a tooth flank (or simultaneously for all right and/or left tooth flanks to be scanned), the sensing data also indicate a plurality of predetermined sensing positions for the scanning process. The
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind Tastpositionen x(i,j) in einem Gitter auf der abzutastenden Zahnflanke 201b an den jeweiligen Kreuzungspunkten von Gitterzeilen L1, L2, L3 und L4, die in Zahnbreitenrichtung ZB auf der Zahnflanke verlaufen, und Gitterspalten S1, S2, S3, S4, S5 und S6, die in Zahnhöhenrichtung ZH auf der Zahnflanke verlaufen, angeordnet. Hierbei beschreibt der Index i beispielhaft die Zeilennummer und der Index j beispielhaft die Spaltennummer. Folglich sind in diesem Beispiel in
Die weiterhin in den Tastdaten angegebene Orientierungsrichtung TO für den Messtaster 140 bezeichnet gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Vorgabe einer einzunehmenden Richtung einer Längsachse des Messtasters 140 bei dem Abtastvorgang der 24 Tastpositionen der Zahnflanke 201b.
Die in den Tastdaten weiterhin angegebenen Zielpositionen für jede der Tastpositionen geben (bevorzugt im Werkzeugmaschinenkoordinatensystem) die jeweilige Position eines Abtastziels für die jeweilige Tastposition an, und die in den Tastdaten weiterhin angegebenen Tastrichtungen geben eine jeweilige Vorschubrichtung für den Messtaster 140 beim Abtasten der jeweiligen Tastposition zur jeweiligen Zielposition hin vor. Somit wird an einer bestimmten Tastposition mittels des Messtasters 140 derart abgetastet, dass der Messtaster 140 in einer Orientierung gemäß der vorgegebenen Orientierungsrichtung TO (d.h. Längsachse des Taststifts 140b in
Nach einer derartigen Positionierung wird der Messtaster 140 nur unter Ansteuerung einer oder mehrerer Linearachsen und bei festgehaltenen Rundachsen derart gesteuert, dass die Messkugel 140a in der in den Tastdaten angegebenen Tastrichtung, die parallel zu der Richtung des Normalenvektors auf der Zahnflankenfläche an der Tastposition bzw. an der von den Tastdaten vorgegebenen Zielposition ausgerichtet ist, zu der Zahnflanke hin verfahren wird, d.h. in Richtung der in den Tastdaten angegebenen Zielposition, bis festgestellt wird, dass die Tastkugel 140 mit der Zahnflanke 201b an der Tastposition in Kontakt kommt. Diese Kontaktposition wird erfasst und wird verwendet, die Istposition der Zahnflanke an dieser jeweiligen Tastposition zu ermitteln. Dieser Vorgang wird für alle 24 Tastpositionen x(i,j) wiederholt, bis bei der Zahnflanke 201b für jede Tastposition x(i,j) die jeweilige Istposition ermittelt wurde.After such positioning, the measuring
Eine besonders zweckmäßige Ausführung der Abtastbewegung ist mittels der gestrichelten Pfeile in
Nach Abtasten der dem Zahngrund 203 am nächsten liegenden Tastposition x(4,j) der Spalte j (z.B. Pfeile t1 und t2 von x(3,3) zu x(4,3) in
In dem Abttastvorgang ändern sich zwar für jede Tastposition x(i,j) die Zielposition und die Tastrichtung (die jeweils parallel zu dem jeweiligen Normalenvektor ausgerichtet ist) in den Tastdaten, jedoch werden die Tastdaten besonders zweckmäßigerweise derart erzeugt bzw. vorgegeben, dass die vorgegebene Orientierungsrichtung TO beim Abtasten aller 24 Tastpositionen der Zahnflanke durch den Taststift 140 beibehalten wird, d.h. dass die Rundachsen der Werkzeugmaschine bei den Verfahrbewegungen während des Abtastvorgangs der gesamten Zahnflanke 201b festgehalten werden. Dies erhöht insbesondere vorteilhaft die erreichbare relative Genauigkeit der Istposition-Bestimmungen an den Tastpositionen der Zahnflanke 201b. Die Orientierungsrichtung TO ist hierbei unter der Maßgabe vorzugeben, dass keine Kollisionen während des Abtastvorgangs auftritt (ggf. mittels einer vorhergehenden virtuellen Kollisionssimulation). Dies ist bei fast allen Verzahnungsformen typischerweise möglich und nur bei Zahnrädern mit sehr starkem Drall der Flanken (z.B. bei Kegelrädern mit sehr stark gekrümmter Bogen- oder Spiralverzahnung) kann es vorkommen, dass die Orientierung ggf. während des Abtastvorgangs ein- oder mehrmals variiert werden sollte, um etwaige Kollisionen vermeiden zu können.In the scanning process, the target position and the scanning direction (which is aligned parallel to the respective normal vector) in the scanning data change for each scanning position x(i,j), but the scanning data are particularly expediently generated or specified in such a way that the specified orientation direction TO is maintained when scanning all 24 scanning positions of the tooth flank by the
Anschließend wird der Tastvorgang gemäß
Üblicherweise beziehen sich die Angaben der Tastdaten auf ein Koordinatensystem, bei dem eine der Hauptachsen der Werkzeugmaschine (üblicherweise die Z-Achse) exakt auf der Mittelachse des Werkstücks liegt bzw. in der die Mittelachse des Werkstücks exakt mit der Rotationsachse M1 des Drehtischs 120 ausgerichtet ist. Bei dem vorhergehend beschriebenen Tastvorgang an der Werkzeugmaschine kann das Werkstück 200 jedoch in weiteren Ausführungsbeispielen auch beliebig in dem Einspannmittel 130 eingespannt sein, z.B. indem die Mittelachse des Werkstücks 200 ggf. achsparallel aber verschoben zur Rotationsachse M1 des Drehtischs 120 ausgerichtet ist.Typically, the information on the tactile data refers to a coordinate system in which one of the main axes of the machine tool (usually the Z axis) lies exactly on the center axis of the workpiece or in which the center axis of the workpiece is exactly aligned with the rotation axis M1 of the rotary table 120. In the previously described tactile process on the machine tool, however, the workpiece 200 can also be clamped in any way in the clamping means 130 in further embodiments, e.g. by aligning the center axis of the workpiece 200 axially parallel but offset to the rotation axis M1 of the rotary table 120.
In derartigen Ausführungsbeispielen kann eine derartige Einspannabweichung zwischen dem Rotationszentrum der Rundachse B der Werkzeugmaschine und der Mittelachse des Werkstücks 200 automatisch durch die Maschinensteuerungseinrichtung 150 mittels einer Koordinatenumrechnung bzw. Koordinatentransformation kompensiert werden, d.h. die Tastdaten bzw. die Positions- und Richtungsangaben in den Tastdaten können einer automatischen Koordinatentransformation unterzogen werden, um eine Einspannabweichung zwischen dem Rotationszentrum der Rundachse B der Werkzeugmaschine und der Mittelachse des Werkstücks 200 automatisch zu kompensieren. Analog können die Sollpositionen einer automatischen Koordinatentransformation unterzogen werden und/oder die im Tastvorgang ermittelten Istpositionen einer Rücktransformation unterzogen werden.In such embodiments, such a clamping deviation between the rotation center of the rotary axis B of the machine tool and the center axis of the workpiece 200 can be automatically compensated by the
Die gestrichelten Linien in
Beispielhaft folgt der Verlauf der Spalten S6 in
In
Die durchgehenden Linien in
Durch Vergleich der jeweiligen Sollpositionen x(i,j,k) und ermittelten Istpositionen y(i,j,k) können in einem nächsten Schritt entsprechende Soll-Ist-Abweichungsparameter Δ(i,j,k) ermittelt werden. Diese Soll-Ist-Abweichungsparameter Δ(i,j,k) werden bevorzugt berechnet als Betrag der Distanz zwischen den jeweiligen Soll- und Istpositionen x(i,j,k) und y(i,j,k) mit einem Vorzeihen, das anzeigt, ob die Zahnflanke zum Zahn hin oder vom Zahn weg verzogen ist (Verzugrichtung).By comparing the respective target positions x(i,j,k) and the determined actual positions y(i,j,k), the corresponding target-actual deviation parameters Δ(i,j,k) can be determined in a next step. These target-actual deviation parameters Δ(i,j,k) are preferably calculated as the amount of the distance between the respective target and actual positions x(i,j,k) and y(i,j,k) with a prefix that indicates whether the tooth flank is warped towards or away from the tooth (distortion direction).
Hierbei können die Soll-Ist-Abweichungsparameter Δ(i,j,k) sowohl positive als auch negative Werte annehmen, wobei ein positives Vorzeichen beispielsweise angibt, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition vom Zahn weg verzogen ist, und ein negatives Vorzeichen beispielsweise angibt, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition zum Zahn hin verzogen ist. In diesem Falle wären beispielsweise die Parameterwerte für Δ(1,6,L) bis Δ(4,6,L) sowie Δ(3,6,R) und Δ(4,6,R) in
Um die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung noch weiter zu optimieren, ist es gemäß einem Ausführungsbespiel der Erfindung weiterhin vorgesehen, eine Mehrzahl von linken und rechten Zahnflanken an verschiedenen Stellen des Zahnrads abzutasten. Hierbei können insbesondere N Paare von rechten und linken Zahnflanken an verschiedenen Stellen des Zahnrads abgetastet werden. Hierbei ist es z.B. denkbar, dass für eine Mehrzahl von vorgegebenen Zähnen bzw. Zahnlücken an verschiedenen Stellen des Zahnrads jeweils die rechte und linke Zahnflanke wie vorstehend beschrieben abgetastet werden. Hierbei können die Tastpositionen weiter mit einem zusätzlichen Index m angegeben werden mit Sollpositionen x(m,i,j,k), Istpositionen y(m,i,j,k) und Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k), wobei m = 1, ... N den jeweiligen abzutastenden Zahn bzw. die abzutastende Zahnlücke angibt (wobei N der Anzahl der vorgegebenen abzutastenden Zähne bzw. Zahnlücken entspricht) und die Indizes i, j und k für jeden dieser Zähne bzw. jede dieser Zahnlücken die jeweilige Zeile und Spalte angeben, und ob die jeweilige Tastposition auf der linken oder der rechten Zahnflanke angeordnet ist.In order to further optimize the determination of the rotary zero point shift, according to an embodiment of the invention it is further provided to scan a plurality of left and right tooth flanks at different locations on the gear. In particular, N pairs of right and left tooth flanks can be scanned at different locations on the gear. It is conceivable, for example, that for a plurality of predetermined teeth or tooth gaps at different locations on the gear, the right and left tooth flanks are scanned as described above. Here, the probe positions can be further specified with an additional index m with target positions x(m,i,j,k), actual positions y(m,i,j,k) and target-actual deviations Δ(m,i,j,k), where m = 1, ... N indicates the respective tooth or tooth gap to be scanned (where N corresponds to the number of specified teeth or tooth gaps to be scanned) and the indices i, j and k indicate the respective row and column for each of these teeth or tooth gaps, and whether the respective probe position is located on the left or right tooth flank.
Bei zwei abzutastenden Zähnen bzw. Zahnlücken (m = 1, 2) werden diese bevorzugt im Wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads ausgewählt. Hierbei bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere bevorzugt, dass die Zähne bzw. Zahnlücken nicht notwendigerweise genau gegenüber, d.h. bei 180° angeordnet sein müssen, sondern bevorzugt innerhalb gegenüberliegender Winkelsegmente, die einen Winkel kleiner oder gleich 90° aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 45°. Bei drei oder mehr abzutastenden Zähnen bzw. Zahnlücken, d.h. m = 1, 2, ... , N mit N > 2, werden diese bevorzugt im Wesentlichen bei einem Winkelabstand von 360°/N zueinander ausgewählt. Hierbei bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere bevorzugt, dass die N Zähne bzw. Zahnlücken nicht notwendigerweise bei einem Winkelabstand von 360°/N angeordnet sein müssen, sondern bevorzugt jeweils innerhalb von Winkelsegmenten, die einen Winkelabstand von 360°/N zueinander aufweisen und bevorzugt einen jeweiligen Winkel von kleiner oder gleich 180°/N aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 90°/N.If there are two teeth or tooth gaps to be scanned (m = 1, 2), these are preferably selected essentially on opposite sides of the gear. In this case, "essentially" particularly preferably means that the teeth or tooth gaps do not necessarily have to be arranged exactly opposite each other, i.e. at 180°, but preferably within opposite angular segments that have an angle of less than or equal to 90°, preferably less than or equal to 45°. If there are three or more teeth or tooth gaps to be scanned, i.e. m = 1, 2, ..., N with N > 2, these are preferably selected essentially at an angular distance of 360°/N from each other. Here, “substantially” particularly preferably means that the N teeth or tooth gaps do not necessarily have to be arranged at an angular distance of 360°/N, but preferably each within angular segments which have an angular distance of 360°/N from one another and preferably have a respective angle of less than or equal to 180°/N, preferably less than or equal to 90°/N.
Nach Ermittlung der jeweiligen Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k) an den vorgegebenen Tastpositionen der vorgegebenen Zahnflanken wird eine rotatorische Nullpunktverschiebung auf Grundlage der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k) ermittelt. Hierzu können die ermittelten Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k) als Funktion der ein-parametrischen rotatorischen Nullpunktverschiebung angesehen werden, wobei die Nullpunktverschiebung einer positiven bzw. negativen Rotation des Zahnrads um die Rotationsachse des Zahnrads angesehen werden kann, wobei die ermittelten Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k) den Funktionswerten bei einer Nullpunktverschiebung gleich Null entsprechen. Durch Simulationsrechnung können die jeweiligen Funktionswerte der Soll-Ist-Abweichungen als Funktion der Nullpunktverschiebung variiert werden, um eine optimale rotatorische Nullpunktverschiebung durch Bestimmung eines Fit-Werts bzw. Best-Fit-Werts mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung ermitteln zu können. Die Nullpunktverschiebung kann hierbei z.B. durch einen Winkelwert θ angegeben werden (oder auch durch eine Positionsangabe der Rundachse B des Drehtischs 120 im Werkzeugmaschinenkoordinatensystem), wobei die Soll-Ist-Abweichungen als Funktion Δ(m,i,j,k)(θ) des Winkelwerts θ simuliert werden können und die ermittelten Soll-Ist-Abweichungen die Funktionswerte Δ(m,i,j,k)(0) bei θ = 0 darstellen.After determining the respective target-actual deviations Δ(m,i,j,k) at the specified contact positions of the specified tooth flanks, a rotary zero point shift is determined on the basis of the determined target-actual deviations Δ(m,i,j,k). For this purpose, the determined target-actual deviations Δ(m,i,j,k) can be viewed as a function of the one-parametric rotary zero point shift, whereby the zero point shift of a positive or negative rotation of the gear around the rotation axis of the gear can be viewed, whereby the determined target-actual deviations Δ(m,i,j,k) correspond to the function values for a zero point shift equal to zero. By means of simulation calculations, the respective function values of the target-actual deviations can be varied as a function of the zero point shift in order to be able to determine an optimal rotary zero point shift by determining a fit value or best fit value using a mathematical compensation calculation. The zero point shift can be specified, for example, by an angle value θ (or by a position specification of the rotary axis B of the rotary table 120 in the machine tool coordinate system), whereby the target-actual deviations are specified as a function Δ(m,i,j,k)(θ) of the angle value θ can be simulated and the determined target-actual deviations represent the function values Δ(m,i,j,k)(0) at θ = 0.
Zur Bestimmung dieses Fit-Werts bzw. Best-Fit-Werts kann hierbei vorzugsweise ein Distanzwert D(θ) auf Grundlage der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen errechnet werden, wobei der Distanzwert D(θ) vorzugsweise einen die Größe der Gesamtabweichung unter Berücksichtigung aller ermittelten Soll-Ist-Abweichungen beschreibenden Wert darstellt. In dem mathematischen Ausgleichsverfahren wird dann vorzugsweise durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung θ automatisch dieser Distanzwert minimiert, und der Wert der rotatorischen Nullpunktverschiebung bei minimiertem Distanzwert ergibt dann im Rahmen dieser mathematischen Ausgleichsrechnung die ermittelte optimierte rotatorische Nullpunktverschiebung zur Verwendung bei der späteren Endbearbeitung des Zahnrads.To determine this fit value or best fit value, a distance value D(θ) can preferably be calculated on the basis of the determined target-actual deviations, whereby the distance value D(θ) preferably represents a value describing the size of the total deviation taking into account all determined target-actual deviations. In the mathematical compensation process, this distance value is then automatically minimized, preferably by varying the rotary zero point shift θ, and the value of the rotary zero point shift with the distance value minimized then results in the determined optimized rotary zero point shift for use in the subsequent final machining of the gear within the framework of this mathematical compensation calculation.
Da die Soll-Ist-Abweichungen wiederum als Funktionen in Abhängigkeit der Nullpunktverschiebung θ definiert werden können, kann dieser definierte Distanzwert D(θ) als Funktion der Nullpunktverschiebung θ angesehen werden und durch simulierte Variation der Nullpunktverschiebung θ minimiert werden, um die optimierte rotatorische Nullpunktverschiebung zu ermitteln, die dann der Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage der numerischen Steuerdaten zur Endbearbeitung zu Grunde gelegt werden soll.Since the target-actual deviations can in turn be defined as functions depending on the zero point shift θ, this defined distance value D(θ) can be viewed as a function of the zero point shift θ and minimized by simulated variation of the zero point shift θ in order to determine the optimized rotary zero point shift, which should then be used as the basis for the final machining of the clamped gear on the basis of the numerical control data for the final machining.
Hierbei ist zu beachten, dass die Werte der einzelnen Soll-Ist-Abweichungen sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Aus diesem Grunde sollte der Distanzwert auf Grundlage der Soll-Ist-Abweichungen vorzugsweise derart gewählt werden, dass er als Funktion der Beträge der Soll-Ist-Abweichungen oder bevorzugt als Funktion der Quadrate der Soll-Ist-Abweichungen beschrieben werden kann.It should be noted that the values of the individual target-actual deviations can take on both positive and negative values. For this reason, the distance value based on the target-actual deviations should preferably be selected in such a way that it can be described as a function of the amounts of the target-actual deviations or, preferably, as a function of the squares of the target-actual deviations.
Der Distanzwert kann z.B. auf Grundlage der Soll-Ist-Abweichungen vorzugsweise derart gewählt werden, dass der Wert des Distanzwerts streng monoton steigt mit dem Betrag jeder einzelnen Soll-Ist-Abweichung oder bevorzugt mit dem Quadrat jeder einzelnen Soll-Ist-Abweichung. Zweckmäßigerweise könnte der Distanzwert als streng monoton steigende Funktion der Summe der Beträge aller Soll-Ist-Abweichungen (z.B. D(θ) = Σ|Δ(m,i,j,k)(θ)| für alle Tastpositionen, d.h. alle m, i, j, und k) oder bevorzugt als streng monoton steigende Funktion der Summe der Quadrate aller Soll-Ist-Abweichungen definiert werden (z.B. D(θ) = Σ[Δ(m,i,j,k)(θ)]2 oder auch D(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,k)(θ)]2), d.h. als Quadratwurzel der Summe aller Quadrate der einzelnen Soll-Ist-Abweichungen, für alle Tastpositionen, d.h. alle m, i, j, und k). Wie bereits erwähnt kann dann in einem mathematischen Ausgleichsverfahren eine optimierte Nullpunktverschiebung ermittelt werden durch Minimierung des Distanzwerts D(θ) bei simulierter Variation der Nullpunktverschiebung θ.The distance value can, for example, be selected on the basis of the target-actual deviations, preferably in such a way that the value of the distance value increases strictly monotonically with the amount of each individual target-actual deviation or preferably with the square of each individual target-actual deviation. The distance value could expediently be defined as a strictly monotonically increasing function of the sum of the amounts of all target-actual deviations (e.g. D(θ) = Σ|Δ(m,i,j,k)(θ)| for all probe positions, ie all m, i, j, and k) or preferably as a strictly monotonically increasing function of the sum of the squares of all target-actual deviations (e.g. D(θ) = Σ[Δ(m,i,j,k)(θ)] 2 or also D(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,k)(θ)] 2 ), ie as the square root of the sum of all squares of the individual target-actual deviations, for all probe positions, ie all m, i, j, and k). As already mentioned, an optimized zero point shift can then be determined in a mathematical compensation process by minimizing the distance value D(θ) with a simulated variation of the zero point shift θ.
In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist es zusätzlich oder alternativ zur gemeinsamen Auswertung auch möglich, die linken und rechten Zahnflanken jeweils getrennt auszuwerten, und für die rechten und die linken eine jeweilige eigene optimierte Nullpunktverschiebung zu ermitteln. In diesem Falle würden dann zwei separate Distanzwerte D1(θ) und D2(θ) definiert, jeweils einer für die rechten und einer für die linken Zahnflanken, und diese Distanzwerte würden dann getrennt voneinander minimiert werden. Hierbei könnten die Distanzwerte analog zu der gemeinsamen Auswertung wie vorstehend beschrieben definiert werden, jedoch immer nur jeweils für die linken oder rechten Zahnflanken ausgewertet werden (z.B. D1(θ) = Σ|Δ(m,i,j,R)(θ)|, D1(θ) = Σ[Δ(m,i,j,R)(θ)]2 oder auch D(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,R)(θ)]2) für alle rechten Tastpositionen, d.h. alle m, i, und j mit festgehaltenem k = R und D2(θ) = Σ|Δ(m,i,j,L)(θ)|, D2(θ) = Σ[Δ(m,i,j,L)(θ)]2 oder auch D2(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,L)(θ)]2) für alle linken Tastpositionen, d.h. alle m, i, und j mit festgehaltenem k = L). Die Distanzwerte D1 und D2 können dann getrennt voneinander minimiert werden, so dass zwei unabhängige optimierte Nullpunktverschiebungen für die rechten und linken Zahnflanken ermittelt werden können.In particularly preferred embodiments, in addition to or as an alternative to the joint evaluation, it is also possible to evaluate the left and right tooth flanks separately and to determine a separate optimized zero point shift for the right and left. In this case, two separate distance values D1(θ) and D2(θ) would then be defined, one for the right and one for the left tooth flanks, and these distance values would then be minimized separately from one another. Here, the distance values could be defined analogously to the joint evaluation as described above, but only evaluated for the left or right tooth flanks (e.g. D1(θ) = Σ|Δ(m,i,j,R)(θ)|, D1(θ) = Σ[Δ(m,i,j,R)(θ)] 2 or also D(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,R)(θ)] 2 ) for all right probe positions, ie all m, i, and j with fixed k = R and D2(θ) = Σ|Δ(m,i,j,L)(θ)|, D2(θ) = Σ[Δ(m,i,j,L)(θ)] 2 or also D2(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,L)(θ)] 2 ) for all left probe positions, ie all m, i, and j with fixed k = L). The distance values D1 and D2 can then be minimized separately so that two independent optimized zero point shifts for the right and left tooth flanks can be determined.
Dies hat den Vorteil, dass die Endbearbeitung des Zahnrads weiter verbessert werden kann. Sollte nämlich die Bestimmung einer einzigen rotatorischen Nullpunktverschiebung bei gemeinsamer Auswertung der Soll-Ist-Abweichungen der linken und rechten Zahnflanken zu einem Ergebnis führen, bei dem noch nach Endverarbeitung aufgrund eines zu großen und zu unterschiedlichen Wärmeverzugs der Zahnflanken Stellen mit zu viel Materialabtrag und/oder Stellen mit zu wenig oder keinem Materialabtrag auftreten sollten, kann dies bei getrennter Auswertung der linken und rechten Zahnflanken und Ermittlung der ersten Nullpunktverschiebung für die linken Zahnflanken und zweiten Nullpunktverschiebung für die rechten Zahnflanken verbessert vermieden werden.This has the advantage that the final machining of the gear can be further improved. If the determination of a single rotary zero point shift with a joint evaluation of the target-actual deviations of the left and right tooth flanks leads to a result in which, after final processing, there are areas with too much material removal and/or areas with too little or no material removal due to excessive and varying thermal distortion of the tooth flanks, this can be avoided by evaluating the left and right tooth flanks separately and determining the first zero point shift for the left tooth flanks and the second zero point shift for the right tooth flanks.
In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die ermittelte Nullpunktverschiebung bzw. die rotatorischen Nullpunktverschiebungen für die linken und rechten Zahnflanken noch einmal automatisch in der Maschinensteuerungseinrichtung 150 überprüft. Hierbei wird vorzugsweise für jede Tastposition in einem Simulationsvorgang auf Basis der Steuerdaten für die Endbearbeitung und/oder auf Basis eines virtuellen Modells des Zahnrads nach Endbearbeitung überprüft, ob und/oder wie viel Material an der Tastposition unter Berücksichtigung der ermittelten Nullpunktverschiebung bzw. der rotatorischen Nullpunktverschiebungen für die linken und rechten Zahnflanken bei der Endbearbeitung abgetragen wird. In Abhängigkeit der folgend beschriebenen Kriterien kann hierbei überprüft werden, ob an den jeweiligen Tastpositionen Material abgetragen wird, und/oder ob an den jeweiligen Tastpositionen eine vorgegebene minimale Materialabtragstiefe eingehalten wird. Nach Maßgabe der folgenden Kriterien kann die ermittelte Nullpunktverschiebung nochmals korrigiert werden (ggf. für die linken und rechten Zahnflanken getrennt) und erneut überprüft werden.In further preferred embodiments, the determined zero point shift or the rotary zero point shifts for the left and right tooth flanks are automatically checked again in the
Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung 150 dazu eingerichtet, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter der Maßgabe zu ermitteln, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition Material abzutragen. Dies kann dadurch auf einfache Weise ermöglicht werden, indem die bestimmte rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel für alle ermittelten Soll-Ist-Abweichungen überprüft wird, um herauszufinden, ob an einer oder mehreren der Tastpositionen die ermittelte Nullpunktverschiebung nicht ausreichend ist, um an dieser Tastposition bei Endbearbeitung Material abzutragen. Auf Grundlage dieser Überprüfung kann dann die ermittelte Nullpunktverschiebung ggf. noch leicht korrigiert werden, um auch an diesen Tastpositionen Material abzutragen zu können, wobei bevorzugt noch erneut überprüft werden sollte, ob diese Korrektur nicht dazu führen könnte, dass dann an anderen Tastpositionen kein Material abgetragen wird. Durch das Ermitteln einer Nullpunktverschiebung bzw. korrigierten Nullpunktverschiebung, bei der während der Endbearbeitung an allen Tastpositionen Material abgetragen wird, kann es insbesondere verbessert vermieden werden, dass überhaupt Stellen auf Zahnflanken auftreten, an denen kein Material abgetragen wird.Preferably, the
In ähnlicher Weise ist es wie folgend beschrieben auch möglich, Maßgaben einer minimalen Materialabtragungstiefe bei der Endbearbeitung für die Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung vorzugeben. Diese kann ggf. durch einen Benutzer erneut über ein Eingabemittel oder in Datenform über eine Datenschnittstelle vorgegeben werden.In a similar way, as described below, it is also possible to specify a minimum material removal depth during finishing for determining the rotary zero point shift. This can be specified again by a user via an input device or in data form via a data interface.
Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe zu ermitteln, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen.Preferably, the machine control device is designed to determine the at least one rotational zero point shift of the gearwheel clamped to the clamping means, taking into account a predetermined minimum material removal depth, with the proviso that during final machining of the gearwheel, at least material up to the predetermined minimum material removal depth is removed at each touch position.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde detailliert eine mathematische Ausgleichsmethode zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung bzw. zur Bestimmung zweier rotatorischer Nullpunktverschiebungen für die linken bzw. rechten Zahnflanken getrennt voneinander beschrieben. In alternativen Ausführungsbeispielen ist es weiterhin möglich, ohne mathematische Ausgleichsmethode erfindungsgemäß eine oder zwei Nullpunktverschiebungen zu ermitteln.In the above embodiments, a mathematical compensation method for determining a rotary zero point shift or for determining two rotary zero point shifts for the left and right tooth flanks separately was described in detail. In alternative embodiments, it is also possible to determine one or two zero point shifts according to the invention without a mathematical compensation method.
Für die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung kann die rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel gemäß einem besonders zweckmäßigen Beispiel auf einfache Weise derart ermittelt bzw. berechnet werden, dass in einer Simulation durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung überprüft wird, welche rotatorische Nullpunktverschiebung θ mindestens erforderlich ist, um alle Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k)(θ) größer oder gleich Null werden zu lassen bzw. welche rotatorischen Nullpunktverschiebungen θ1 und θ2 erforderlich sind, um alle Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,L)(θ1) und Δ(m,i,j,R)(θ2) größer oder gleich Null werden zu lassen (letzeres bei getrennter Auswertung der linken und rechten Zahnflanken).To determine the rotary zero point shift, the rotary zero point shift can, for example, be determined or calculated in a simple manner according to a particularly useful example in such a way that in a simulation, by varying the rotary zero point shift, it is checked which rotary zero point shift θ is at least required to make all target-actual deviations Δ(m,i,j,k)(θ) greater than or equal to zero or which rotary zero point shifts θ 1 and θ 2 are required to make all target-actual deviations Δ(m,i,j,L)(θ 1 ) and Δ(m,i,j,R)(θ 2 ) greater than or equal to zero (the latter with separate evaluation of the left and right tooth flanks).
Insbesondere ist es zum Beispiel möglich auf besonders einfache Weise zu ermitteln, welche Nullpunktverschiebung erforderlich ist, um die kleinste der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich Null werden zu lassen, und diesen Wert als die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zu erfassen.In particular, it is possible, for example, to determine in a particularly simple manner which zero point shift is required to make the smallest of the determined target-actual deviations greater than or equal to zero, and to record this value as the determined rotational zero point shift.
Wahlweise zu den vorstehenden Aspekten ist es bevorzugt auch möglich, zusätzlich ein Mindestaufmaß vorzugeben, wobei die rotatorische Nullpunktverschiebung dann derart ermittelt werden kann, dass in einer Simulation durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung überprüft wird, welche rotatorische Nullpunktverschiebung mindestens erforderlich ist, um alle Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich des vorgegebenen Mindestaufmaßes werden zu lassen. Insbesondere ist es zum Beispiel bevorzugt möglich auf besonders einfache Weise zu ermitteln, welche Nullpunktverschiebung erforderlich ist, um die kleinste der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich des vorgegebenen Aufmaßes werden zu lassen, und diesen Wert als die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zu erfassen.Optionally to the above aspects, it is preferably also possible to additionally specify a minimum allowance, wherein the rotary zero point shift can then be determined in such a way that in a simulation, by varying the rotary zero point shift, it is checked which rotary zero point shift is at least required to make all target-actual deviations greater than or equal to the specified minimum allowance. In particular, it is preferably possible, for example, to determine in a particularly simple manner which zero point shift is required to make the smallest of the determined target-actual deviations greater than or equal to the specified allowance, and to record this value as the determined rotary zero point shift.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zur Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung ist es zu berücksichtigen, dass eine rotatorische Nullpunktverschiebung bei der vorstehend genannten Definition der Vorzeichen der Soll-Ist-Abweichungen die Soll-Ist-Abweichungen auf rechten Flanken verkleinert, während sie die Soll-Ist-Abweichungen auf linken Flanken vergrößert, bzw. die Soll-Ist-Abweichungen auf rechten Flanken vergrößert, während sie die Soll-Ist-Abweichungen auf linken Flanken verkleinert. Falls es nicht möglich ist, rechte und linke Zahnflanken mittels der gleichen rotatorischen Nullpunktverschiebung einzustellen, ist es in weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, rechte und linke Flanken getrennt voneinander auszuwerten und getrennte rotatorische Nullpunktverschiebungen zu ermitteln.In the above-described embodiments for determining the rotary zero point shift, it must be taken into account that a rotary zero point shift in the above-mentioned definition of the signs of the target-actual deviations reduces the target-actual deviations on right flanks, while increases the target-actual deviations on left flanks, or increases the target-actual deviations on right flanks, while reducing the target-actual deviations on left flanks. If it is not possible to adjust right and left tooth flanks using the same rotary zero point shift, further embodiments of the present invention provide for right and left flanks to be evaluated separately and separate rotary zero point shifts to be determined.
Nach dem Ermitteln der jeweiligen Istpositionen an allen vorgegebenen Tastpositionen werden im nächsten Schritt S4 auf Grundlage von vorgegebenen Sollpositionen und der ermittelten Istpositionen für alle Tastpositionen jeweilige Soll-Ist-Abweichungen berechnet, und im darauf folgenden Schritt S5 mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung eine Nullpunktverschiebung oder zwei Nullpunktverschiebungen für die rechten und linken Zahnflanken getrennt ermittelt. Auf den Schritt S5 folgend wird automatisch die Endbearbeitung des Zahnrads 200 an der Werkzeugmaschine 100 auf Grundlage von numerischen Steuerdaten für die Endbearbeitung durchgeführt, wobei die im Schritt S5 ermittelten rotatorischen Nullpunktverschiebungen berücksichtigt werden.After determining the respective actual positions at all specified probe positions, in the next step S4, the respective target-actual deviations are calculated for all probe positions on the basis of specified target positions and the determined actual positions, and in the following step S5, a zero point shift or two zero point shifts for the right and left tooth flanks are determined separately using a mathematical compensation calculation. Following step S5, the final machining of the gear 200 is automatically carried out on the
Zusammenfassend ermöglicht es die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die vorstehend bereits beschriebenen, im Zusammenhang mit einem Ausrichtvorgang zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung auftretenden Probleme der aus dem Stand der Technik bekannten Ausrichtverfahren, einen verbesserten Ausrichtvorgang für weichbearbeitete und einer Wärmebehandlung unterzogene Zahnräder an einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können, und bei dem die rotatorische Nullpunktverschiebung insbesondere bei sehr großen Zahnrädern mit Durchmessern von bis zu über einem Meter immer noch vorteilhafte Ergebnisse liefern kann, so dass bei der Endbearbeitung vermieden werden kann, dass an Zahnflanken Stellen auftreten, an denen zu viel und/oder zu wenig Material abgetragen wird.In summary, in view of the problems of the alignment methods known from the prior art that have already been described above and occur in connection with an alignment process for determining a rotary zero point shift, the present invention makes it possible to provide an improved alignment process for soft-machined and heat-treated gears on a machine tool, in which the disadvantages described above can be avoided and in which the rotary zero point shift can still produce advantageous results, particularly in the case of very large gears with diameters of up to over one meter, so that during finishing it can be avoided that points occur on tooth flanks where too much and/or too little material is removed.
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